마이크로바이옴 헬스케어 전문기업 HEM파마가 만성폐쇄성폐질환(COPD) 생균치료제 후보 균주 ‘HEM20792’의 전임상 연구에서 폐기종 완화와 폐 기능 개선 효과를 확인했다.
HEM파마는 HEM20792의 전임상 연구 결과가 네이처(Nature) 자매지 ‘npj 바이오필름 앤 마이크로바이옴(npj Biofilms and Microbiomes)’에 게재됐다고 11일 밝혔다. 해당 저널은 응용 미생물 분야 국제 학술지다.
COPD는 세계보건기구(WHO)가 주요 사망 원인 질환으로 꼽는 대표적인 만성 호흡기 질환이다. 특히 폐포가 손상되는 폐기종은 한 번 진행되면 회복이 어려워 근본 치료제 개발이 쉽지 않은 분야로 알려져 있다.
최근 COPD 환자의 장내 미생물 구성이 건강한 사람과 다르다는 연구 결과가 보고되면서 장내 유익균이 면역·염증 반응을 조절하고, 이 효과가 ‘장-폐 축(gut-lung axis)’을 통해 폐까지 전달될 수 있다는 가능성이 주목받고 있다. 이에 경구용 생균치료제가 COPD의 새로운 치료 대안으로 부상하는 가운데 HEM파마는 이번 연구를 통해 HEM20792를 후보 균주로 발굴했다.
연구진은 중증 COPD 환자의 분변 시료를 확보해 COPD 장내 환경에서 유익 대사체를 활발히 분비할 수 있는 균주를 선별했다. 이후 흡연 노출로 폐기종을 유발한 실험용 쥐에 HEM20792를 경구 투여해 효능을 검증했다.
그 결과 HEM20792 투여군은 흡연 노출군과 비교해 손상된 폐포 구조가 통계적으로 유의하게 완화됐다. 폐 기능 지표도 개선됐다. 폐 조직 내 염증성 면역세포는 감소했으며, 항염 기능을 수행하는 폐포 면역세포는 정상 수준으로 회복되는 양상을 보였다.
단일세포 RNA 시퀀싱 분석에서도 유사한 결과가 확인됐다. 샘플당 2만 개 이상의 세포를 분석한 결과, 염증 반응을 촉진하는 NF-κB, IL-17 등 주요 신호 경로가 억제됐다. 비정상적으로 증가했던 염증성 대식세포 비율도 감소했다.
장내 분석에선 염증 완화 효과가 있는 것으로 알려진 단쇄지방산(SCFAs)이 증가했다. 연구진은 장에서 생성된 유익 대사물질이 혈류를 통해 폐 염증 완화에 관여하는 장-폐 축 기전을 뒷받침하는 결과라고 설명했다.
HEM20792는 HEM파마가 독자 개발한 스크리닝 플랫폼 ‘PMAS(Personalized Pharmaceutical Meta-Analysis Screening)’를 통해 발굴됐다. PMAS는 환자의 분변에서 추출한 장내 미생물 생태계를 체외에서 재현한 뒤 후보 균주를 투입해 상호작용을 관찰하는 기술이다. 다양한 조건을 동시에 비교할 수 있는 병렬 분석 시스템을 적용해 동물실험이나 임상에 앞서 실제 환자 장내 환경에서 작동 가능성이 높은 균주를 선별할 수 있다.
이번 연구는 지난 2023년 과학기술정보통신부가 발주한 ‘마이크로바이옴 기반 차세대 치료 원천기술 개발’ 사업의 성과다. HEM파마는 공동 교신저자 기관으로 참여해 PMAS 기반 균주 스크리닝과 마이크로바이옴·대사체 분석을 수행했다.
공동 제1저자는 김나현 서울아산병원 연구원과 이장호 교수, 오재익 서울의대 연구원이다. 공동 교신저자에는 정은성 HEM파마 연구소장, 조성엽 서울의대 교수, 이세원 서울아산병원 호흡기내과 교수가 이름을 올렸다.
지요셉 HEM파마 대표는 “이번 연구는 환자 기반 마이크로바이옴 환경을 활용해 치료 후보 균주를 도출하고 전임상 효능까지 확인한 사례”라며 “PMAS 플랫폼의 적용 가능성을 보여주는 성과”라고 말했다. 이어 “마이크로바이옴 분석과 플랫폼 기술을 기반으로 연구개발 역량을 지속적으로 고도화해 나가겠다”고 덧붙였다.
이세원 교수는 “치료 방법이 제한적이었던 폐기종 분야에서 장-폐 축을 활용한 마이크로바이옴 치료제의 가능성을 보여줬다는 점에서 임상적 의미가 크다”고 전했다.
HEM파마는 이번 전임상 결과를 바탕으로 공동 연구진과 함께 HEM20792의 임상시험계획(IND) 승인 신청을 준비하고 있다. 현재 안전성·안정성 시험과 대량생산 공정 확립 등 IND 제출을 위한 후속 절차를 진행 중이다.
