대사이상 지방간염(MASH) 마우스 모델에서 GLP-1RA 치료제의 전임상 검증을 진행합니다

전 세계에서 지속적으로 증가하는 대사 질환 위기를 맞이하며, GLP-1 수용체 작용제(GLP-1RAs)는 기존 당뇨병 치료제를 넘어서 혁신적인 대사 질환 치료제로 주목받고 있습니다. 또한 GLP-1RA 치료제는 바이오 제약 산업에서 가장 수익성 높은 투자 분야 중 하나로 자리 잡았습니다. GLP-1 수용체 시장은 2031년까지 약 560억 달러에 이를 것으로 예상되며^[2], 제약 기업들은 특히 치료 옵션이 제한적인 대사이상 지방간염(MASH)을 중심으로, 다양한 대사 질환에서 GLP-1RA 치료제를 검증하는 연구에 박차를 가하고 있습니다.

시장 성장성과 임상적 연관성

본문에서 대사이상 지방간염(MASH)을 위한 Cyagen의 전임상 마우스 모델이 GLP-1RA 치료제의 효과 검증에 어떻게 활용되고 있는지를 소개합니다. Cyagen은 임상적 연관성이 높은 마우스 모델에서 세마글루타이드(Semaglutide)의 약리 효과를 평가함으로써 인간 대사이상 지방간염(MASH) 치료 타겟으로서의 유효성과 중개 연구를 지원하는 잠재력을 검증했습니다.

GLP-1 수용체 작용제(GLP-1RAs)가 대사 질환을 치료하는 작용 메커니즘

GLP-1(Glucagon-like peptide-1)은 인크레틴 호르몬(Incretin Hormone)으로, 혈당 조절, 지질 대사 그리고 다양한 생리 기능에 중심적인 역할을 합니다. GLP-1 수용체(GLP-1R)는 G-단백질 연결 수용체(G-protein coupled receptor, GPCR) 계열에 속하며, 다양한 세포 표면에 분포하고 있으며 내인성 GLP-1 및 치료제의 공동 타겟으로 작용합니다.

GLP-1 수용체 작용제(GLP-1RA)는 내인성 GLP-1의 작용을 시뮬레이션하여 수용체에 결합하고 활성화하는 치료제입니다. 최근 GLP-1 치료제는 독특한 작용 기전, 우수한 치료 효과, 넓은 임상 적용 가능성으로 인해 의료 연구 및 신약 개발에서 인기 있는 연구 분야로 부상했습니다.^[1] 현재 여러 가지의 GLP-1 수용체 작용제(GLP-1RA)가 제2형 당뇨병(T2D) 및 비만 치료의 주요 치료제로 미국 식품의약국(FDA) 허가를 받았습니다. 이에 따라 해당 계열 약물은 바이오 제약 분야의 핵심 투자 대상으로 부상했습니다.

대사이상 지방간염(MASH) 치료제로서 GLP-1RA의 임상적 근거

당뇨병과 비만은 대사이상 지방간염(MASH)과 관련이 있어, GLP-1 수용체 작용제(GLP-1RA)는 유망한 치료제 후보로 주목받고 있습니다. 2024년 4분기, Novo Nordisk는 대사이상 지방간염(MASH) 환자를 대상으로 한 Semaglutide 초기 임상시험의 주요 결과를 발표했습니다. 이번 제3상 이중맹검(Double-blind test) 임상시험은 중등도·중증 간섬유화(2기 또는 3기)를 동반한 대사이상 지방간염(MASH) 환자 1,200명을 대상으로 진행되었으며, 그중 800명은 주 1회 2.4mg Semaglutide를 투여받았습니다.

Semaglutide 제3상 임상시험 개요

Semaglutide 제3상 임상시험은 다음 두 가지 Primary Endpoint(1차 평가 변수)를 모두 충족했습니다.

• 간섬유화 개선, 지방간염 악화 없음
• 지방간염 완화 촉진, 간섬유화 악화 없음

Semaglutide 투여 72주 후 결과:

• 간섬유화 개선 환자 비율: 37.0% (Placebo group: 22.5%)
• 지방간염 완화 환자 비율: 62.9% (Placebo group: 34.1%) ^[3]

Cyagen의 전임상 대사이상 지방간염(MASH) 마우스 모델

대사이상 지방간염(MASH)을 타겟으로 하는 연구를 지원하기 위해, Cyagen의 대사 질환 연구 플랫폼은 고지방 식이와 CCl4로 병용 유도된 (HFD+CCl4)-induced MASH 마우스 모델을 개발하였습니다. 이 마우스 모델은 임상적으로 관찰되는 인간 대사이상 지방간염(MASH)의 간섬유화 병리 특성을 충실히 재현합니다. 이 모델의 치료 타겟 및 임상 translation 가능성은 Semaglutide 및 레스메티롬(Resmetirom)을 이용하여 검증하였습니다.

다음 내용에서는 Semaglutide의 약효 평가 결과를 소개합니다.

연구 모델 구축: HFD+CCl4-Induced 간섬유화 마우스

C57BL/6 마우스에 60% 고지방 식이(HFD)를 12~16주간 공급하여 DIO(Diet-induced obesity) 모델을 확립했습니다. 이후 6주간 CCl4를 투여하여 간섬유화가 유도된 HFD+CCl4-induced MASH 마우스 모델을 구축하였습니다.

Semaglutide와 Resmetirom을 이용한 검증 실험

치료 평가에는 Semaglutide를 주 3회 피하 투여하는 방법이 사용되었습니다. 평가 항목에는 체성분 검사, 혈중 지질 농도 측정, 간 병리 분석이 포함되었습니다. 실험 결과, Semaglutide는 고지혈증, 간내 지방 축적, 간섬유화 등 표현형을 유의하게 감소시켰습니다.

그림 1. HFD+CCl4-induced MASH (NASH) 마우스 모델 연구 개요

HFD+CCl4 MASH 마우스 모델에서 진행한 Semaglutide의 약물 유효성 검증

실험용 HFD+CCl4 MASH 마우스는 12~16주 동안 고지방식이(HFD)를 통해 유도되었으며, 체중이 45g을 초과하였습니다. 이후 혈중 지질 수치 및 체중을 기준으로 무작위로 그룹을 나누었습니다. 6주간 주 3회 Semaglutide(30 nmol/kg) 피하 투여를 진행하었고, 같은 기간 주 2회 CCl4 복강 내 투여를 진행하였습니다.

체성분 분석 주요 결과

그림 2. HFD+CCl4 MASH 마우스 체중 및 체성분 분석

주 2회 체중 측정을 진행한 결과, Semaglutide는 마우스의 체중과 지방 함량을 유의하게 감소시켰습니다.

(Data are expressed as mean ± standard error, n=5. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared to the normal diet control group; #P<0.05, ##P<0.01, and ###P<0.001 compared to the high-fat diet + CCl4 group, analyzed using one-way ANOVA.)

지질 수치 및 간 무게 분석 결과

그림 3. 간 무게 및 혈액 지질 분석 결과

연구 종착점에 간 무게를 측정했습니다. Semaglutide 그룹은 간 무게를 유의미하게 감소시켰습니다. Semaglutide 그룹의 투여 전후 데이터를 비교한 결과, 고지방 식이(HFD)로 유발된 고지혈증 증상을 모두 유의미하게 감소시켰습니다.

(Data are expressed as mean ± standard error, n=5. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared to the normal diet control group; #P<0.05, ##P<0.01, and ###P<0.001 compared to the high-fat diet + CCl4 group, analyzed using one-way ANOVA.)

조직학 분석 (H&E 염색, Sirius Red 염색)

그림 4. H&E 염색 병리학적 분석 결과

실험 종료 시 마우스 간 조직 샘플을 수집하여 병리학적 분석을 수행하였습니다. DIO 모델군과 비교했을 때, Semaglutide 투여군은 간세포 팽창(Hepatocellular ballooning) 및 지방간을 감소시켰습니다. Composite Scoring 분석 결과, Semaglutide 투여군은 DIO 및 DIO+CCl4 그룹과 비교할 때 비알코올성 지방간 질환 활동 점수(NAS, NAFLD Activity Score)를 유의하게 낮추었습니다.

그림 4 의 화살표에 대한 설명:

노란색 화살표: 지방간(Liver Steatosis)

파란색 화살표: 간세포 팽창(Hepatocellular ballooning)

빨간색 화살표: 간 조직 내 림프구 침윤(Lymphocyte infiltration)

초록색 화살표: 중심정맥 및 간문맥의 울혈(Congestion)

갈색 화살표: 간헐적인 섬유아세포 증식(Fibroblast proliferation)

(Data are expressed as mean ± standard error, n=5. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared to the normal diet control group; #P<0.05, ##P<0.01, and ###P<0.001 compared to the high-fat diet + CCl4 group, analyzed using one-way ANOVA.)

그림 5. Sirius Red 염색 및 병리 분석 결과

Sirius Red 염색 결과에 따르면, CCl4 모델군은 DIO 모델군보다 간 섬유화증상이 현저히 증가했으며, Semaglutide는 CCl4로 유도된 간 섬유화를 유의하게 억제했습니다. 그림 5의 검은 화살표는 간 조직의 중심정맥 주위에서 콜라겐 섬유의 증식을 나타냅니다.

(Data are expressed as mean ± standard error, n=5. *P<0.05, **P<0.01, and ***P<0.001 compared to the normal diet control group; #P<0.05, ##P<0.01, and ###P<0.001 compared to the high-fat diet + CCl4 group, analyzed using one-way ANOVA.)

전임상 대사이상 지방간염(MASH) 마우스 모델에서의 치료 효과 요약

12~16주 동안 고지방 식이(HFD) 투여를 받은 DIO 마우스는 일반 식이를 유지한 마우스에 비해 체중과 간 무게가 증가했습니다. DIO(HFD) 마우스의 혈청 내 TC, HDL-C, LDL-C 수치는 유의미하게 증가했으며, 이는 대사이상 지방간염(MASH) 증상을 효과적으로 재현했습니다. 특히, HFD+CCl4 모델은 대사이상 지방간염(MASH) 마우스 모델의 병리적 과정을 가속하고 악화시켰으며, CCl4는 유도 기간을 단축시키면서 DIO/HFD 마우스의 간 섬유화를 악화시켰습니다. Semaglutide는 HFD+CCl4-induced MASH 모델에 대해 보호 및 치료 효과를 나타내며, 지방간과 섬유화를 효과적으로 감소시켰습니다.

검증된 HFD+CCl4-induced MASH마우스 모델은 대사이상 지방간염(MASH)에 대한 신약 후보의 치료 및 보호 효과를 평가하기 위해 전임상 효능 연구에서 널리 활용됩니다. 연구 결과는 GLP-1 수용체 작용제인 Semaglutide가 HFD+CCl4-induced MASH 마우스 모델에서 지방간과 간 섬유화를 효과적으로 감소시키며, 인체 임상시험에서 관찰된 치료 효과와 일치합니다.

Cyagen에서 제공하는 대사 질환 연구 솔루션

상기 연구 모델이 전임상 약물 효능 연구에서의 성공적인 적용을 기반으로, Cyagen의 대사 질환 플랫폼은 첨단 동물 모델 개발 기술과 포괄적인 약동학 평가 시스템을 활용하여 심층적인 대사 질환 연구를 지원할 수 있습니다. Cyagen에서 비만, 간 질환, 당뇨병, 동맥경화증 및 기타 대사 질환과 심혈관 질환 연구를 위한 다양한 마우스 모델, 맞춤형 모델링 서비스, 약동학 평가 플랫폼을 제공합니다.

Cyagen 연구팀은 질환의 기초 연구와 전임상 약물 개발을 지원하기 위해 정확하고 재현할 수 있는 데이터를 생성하는 프리미엄 연구 서비스를 제공하며, 신약 개발 과정을 가속하는 데 기여합니다. 관련 서비스 및 맞춤형 연구 솔루션에 대한 자세한 내용은 Cyagen에 문의해 주시기 바랍니다.

대사 질환 및 심혈관 질환 연구를 위한 Cyagen의 유전자 변형 마우스 모델

대사 및 심혈관 질환 연구를 위한 기타 추천 모델:

Spontaneous, Induced, Composite, & Surgical Models

참고 문헌:

[1] Zheng, Z., Zong, Y., Ma, Y. et al. Glucagon-like peptide-1 receptor: mechanisms and advances in therapy. Sig Transduct Target Ther 9, 234 (2024).

[2] https://www.biospace.com/drug-development/7-indications-for-glp-1s-beyond-weight-loss

[3] https://www.novonordisk.com/news-and-media/news-and-ir-materials/news-details.html?id=171971