동시 발생하는 개념들이 면역 종양학의 새로운 연구 방향을 제시합니다

과학적 발견은 이전 연구를 토대로 이루어집니다. 새로운 발견은 종종 선순환을 통해 더 새로운 연구 방향으로 이어집니다. 과학자들은 어디서부터 시작해야 할지 어떻게 알 수 있을까요? 이미 충분히 연구된 분야를 파악하면서도 새롭게 주목받기 시작하는 아이디어에 어떻게 집중할 수 있을까요?

CAS 과학자들은 첨단 기술을 활용하여 CAS Content Collection^TM (사람이 직접 큐레이션한 최대 규모의 과학 정보 저장소)을 통해 주제 간의 새로운 연결 고리를 밝혀내고 흥미로운 연구 방향을 식별합니다.

실제로는 어떻게 적용될까요? 최근 우리는 자연어 처리(NLP) 기반 방법론을 사용하여 CAS Content Collection에 수록된 면역항암 관련 문헌을 분석했습니다. 먼저 유사한 개념을 읽기 쉬운 형식으로 그룹화한 CAS TrendScape 맵을 개발했습니다. 다음으로 문헌 내 개념의 동시 발생을 조사하여 새로운 돌파구가 마련될 가능성이 높은 유망한 교차점을 식별했습니다. 이러한 접근 방식은 연구자들이 떠오르는 아이디어에 집중하고 더 빠르게 다음 발견을 이뤄내도록 돕습니다.

개념 동시 발생을 식별하는 방법

면역항암 CAS TrendScape 맵에서 강조된 새로운 개념들 간의 연결 고리를 이해하기 위해, 우리는 NLP 기반 분석을 수행하여 문헌(초록 또는 제목)의 동일한 문장에서 개별 신규 개념이 동시 발생한 횟수를 집계했습니다. 이 접근 방식을 통해 면역항암 분야의 신규 개념을 다룬 CAS TrendScape 맵에 표시된 두 신규 개념 간의 연결 정도와 강도를 정량화할 수 있었습니다.

이번 분석에서는 다음 네 가지 주요 개념 쌍에 집중했습니다.

• 바이오마커와 암 유형
• 치료 표적과 암 유형
• 치료 표적과 치료 유형
• 치료 유형과 암 유형

2019년부터 2022년 사이에 용어가 동시 발생한 출판물 수(x축)와 해당 기간 내 이러한 동시 발생 출판물의 평균 성장률(y축)을 도표로 나타냈습니다(그림 1 참조).

분석 결과, 동시 발생 개념 쌍은 다음 두 가지 극단 중 하나에 속하는 경향이 있는 것으로 나타났습니다.

• High growth in publications over the last few years but a low overall number of publications (occupying the upper left part of the graph in Figure 1) ‍
• 최근 출판물 증가세는 완만하지만 전체 출판물 수는 많은 경우 (그림 1의 그래프 오른쪽 하단에 위치).   (그림 1의 그래프 오른쪽 하단에 위치).  

전자는 잠재적으로 부상하는 개념 쌍을 나타내며, 후자는 이미 충분히 연구되고 보고된 개념 쌍을 의미합니다.  

어떤 아이디어가 새롭게 주목받고 있는지 파악함으로써 연구자들은 잠재적인 새로운 돌파구를 마련하는 데 역량을 집중할 수 있습니다.

우리는 이 방법론을 면역항암 연구에 적용했습니다. 이 분야는 의학계에서 빠르게 발전하고 있는 분야이기 때문입니다. 면역항암제는 신체의 면역 체계를 활용하여 암세포를 인식하고 퇴치하므로, 화학요법이나 방사선 치료와 같은 기존 치료법의 유망한 대안 또는 보완 전략이 됩니다. 이러한 치료 접근법에는 면역관문억제제(ICI), 키메라 항원 수용체(CAR) T세포 치료제, 암 백신 등이 포함됩니다.  

이 분야의 역동적인 특성을 고려할 때, 본 분석은 생존율을 향상시킬 뿐만 아니라 장기적인 관해와 암 완치로 이어질 수 있는 돌파구 마련의 가능성을 높여줍니다. 네 가지 주요 개념 쌍 전반에 걸쳐 나타나는 신흥 연구 분야의 사례를 살펴보겠습니다.

바이오마커와 암 유형

바이오마커와 암 유형 간의 공존 관계를 이해하면 개별 환자의 프로필과 종양 특성에 맞춘 맞춤형 치료가 가능해집니다. 바이오마커 기반 임상 시험은 특정 바이오마커 프로필을 가진 환자를 등록하는 데 중점을 두어 치료 성공 가능성을 높이고 새로운 치료법 개발을 가속화합니다.  

면역항암 연구 문헌에서 바이오마커와 암 개념이 함께 나타나는 것은 면역 반응과 암 생물학의 복잡성과 상호 의존성을 잘 보여줍니다(그림 2 참조). 이러한 관계를 밝혀내어 더욱 효과적이고 개인화된 면역항암 치료를 구현하려면 고급 분석 기술이 필수적입니다.

• 종양 변이 부담(TMB)은 종양 게놈 내 돌연변이 수를 정량화하는 바이오마커입니다. 이는 면역관문억제제(ICI)에 대한 반응을 예측하는 지표로서 면역항암 분야에서 중요성이 커지고 있으며, 특히 TMB-대장암 개념 쌍에서 상당한 성장세가 관찰됩니다. 높은 TMB는 신생항원 생성 가능성을 높여 종양이 면역 체계에 더 잘 인식되고 표적이 되도록 만들 수 있습니다. PD-1/PD-L1 억제제와 같은 ICI는 면역 체계가 암세포를 공격하도록 활성화하는 방식으로 작용합니다. 높은 TMB는 면역 인식에 이용 가능한 표적(신생항원)의 수를 늘려 ICI의 효과를 향상시킬 수 있습니다.
• The nectin-4-bladder cancer concept pair shows an upward trend with a six-fold increase in publications between 2020 and 2022. Nectin-4 is a cell adhesion molecule that plays a role in the formation of cell-cell junctions. It is highly expressed in urothelial carcinoma, the most common type of bladder cancer. Its overexpression is associated with tumor progression and poor prognosis. High levels of nectin-4 expression can be used as a diagnostic marker for bladder cancer, helping to identify patients who may benefit from targeted therapies. ‍

‍치료 표적과 암 유형

암 치료에서 표적을 식별하는 것은 정밀 종양학의 핵심이 되었으며, 정상 조직은 보호하면서 암세포만을 특이적으로 공격하는 치료법 개발을 목표로 합니다. 암 치료의 표적 개념은 암세포의 생존과 성장에 결정적인 역할을 하는 단백질 분자나 경로를 의미합니다. 이러한 표적을 이해하고 활용함으로써 연구자와 임상의는 기존 치료법보다 효과적이고 부작용이 적은 치료법을 설계할 수 있습니다.

표적과 암 유형의 공존은 분자 표적과 다양한 암의 특성 간의 상호작용을 의미합니다. 이러한 관계를 이해하는 것은 효과적인 치료법을 개발하고 환자의 예후를 개선하는 데 매우 중요합니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 최근 몇 년 동안 여러 공존 사례가 급증했습니다.

• The m⁶A-lung cancer concept pair co-occurrence exhibits the highest average fold increase in publications (nearly 4.5-fold) of all therapeutic target and cancer type concept pairs, which spotlights it as an emerging topic pair in immuno-oncology. The pair shows a marked increase in publications after 2019, growing eight-fold over a two-year period.  

N6-메틸아데노신(N6-methyladenosine)으로도 알려진 이 RNA 변형은 종양의 발생, 진행 및 치료 반응에 영향을 미칩니다. 이러한 변형은 폐암의 약물 내성에도 기여할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 이해하면 내성을 극복하기 위한 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

• The PD-1-liver cancer concept pair is an example of co-occurring concepts that increased at a modest average rate (two-fold) over the period 2020-2022 while having a relatively high number of publications overall, indicating that it is perhaps more well-established than the other concepts. Liver cancer has been a significant focus in immuno-oncology due to the unique liver immune environment and the high prevalence of chronic liver diseases that predispose it to cancer development. Liver immune tolerance is primarily regulated by various mechanisms, including the PD-1/PD-L1 pathway, which helps prevent autoimmunity but can also facilitate immune evasion by liver tumors.

치료 표적과 치료 유형

치료 표적과 치료 유형의 동시 발생은 다양한 치료 전략이 어떻게 개발되고 적용되는지에 대한 중요한 관계와 통찰을 보여줍니다. 여기에는 암 치료에서 연구되고 사용되는 특정 분자 표적, 면역 경로 및 치료 유형에 대한 연구가 포함됩니다(그림 4 참조).

• The high increase (>4.5-fold) in the NK cell-STING agonist concept pair indicates growing interest from the scientific community in recent years. NK cells are a type of lymphocyte that play a crucial role in the innate immune response, particularly in recognizing and killing virally infected cells and tumor cells. In the context of immuno-oncology, NK cells are recognized for their ability to target and eliminate cancer cells without the need for prior sensitization to tumor antigens.  

인터페론 유전자 자극제(STING) 경로는 선천 면역 반응의 핵심 요소로, 특히 암에서 발생할 수 있는 병원체나 손상된 세포로부터 유래된 세포질 DNA를 탐지하는 데 중요한 역할을 합니다. STING이 활성화되면 제1형 인터페론 및 기타 사이토카인이 생성되며, 이는 수지상 세포, T 세포 및 NK 세포의 활성화를 촉진하여 항종양 면역 반응을 강화합니다.

• The TROP2-ADC concept pair doesn’t have the same precipitous growth as NK cells-STING agonist, but it’s been increasing quickly over the last few years. Trophoblast cell-surface antigen 2 (TROP2), also known as tumor-associated calcium signal transducer 2 (TACSTD2), is a cell surface glycoprotein that plays a role in cell signaling, proliferation, and survival. TROP2 is expressed at low levels in normal tissues but is overexpressed in a many cancers, including breast, lung, colorectal, pancreatic, and prostate. This overexpression makes TROP2 a valuable target in cancer therapy, particularly for antibody-drug conjugates (ADCs).

치료 유형 및 암 유형

면역 종양학에서 치료 유형과 암 유형의 동시 발생은 다양한 치료 전략의 상호 연관성과 여러 악성 종양에 대한 적용 가능성에 대한 귀중한 통찰을 제공합니다. 이러한 동시 발생을 분석하면 효과적인 치료 전략, 연구 동향 및 향후 연구가 필요한 잠재적 분야를 파악하는 데 도움이 됩니다. 이러한 이해는 더욱 효과적이고 개인화된 암 면역 치료법을 개발하고 환자의 치료 결과를 개선하는 데 필수적입니다(그림 5 참조).

• 전통적으로 간암은 치료가 까다롭고 진행성 단계에서는 선택지가 제한적이었습니다. 면역관문억제제(ICI)의 도입은 간암 환자들에게 새로운 희망을 주었으며, 면역관문 항체-간암 개념 쌍은 가장 주목받는 신흥 아이디어 중 하나입니다.

간암에서 ICI는 T 세포의 PD-1과 종양 세포의 PD-L1 간의 상호작용을 차단하여 면역 체계의 '브레이크'를 제거함으로써 T 세포가 암세포를 공격하고 파괴하도록 합니다. 가장 일반적인 ICI는 PD-1, PD-L1(프로그램된 사멸 리간드 1) 및 CTLA-4를 표적으로 합니다.

• The CAR-T-multiple myeloma (MM) concept pair is an example of a maturing concept, as seen by its placement farther to the right in the graph (Figure 5) yet still with a relatively high average-fold increase in recent years. The success of CAR-T therapy depends on identifying suitable target antigens that are abundantly expressed on cancer cells but not on healthy cells. For MM, the most prominent target is B-cell maturation antigen (BCMA), a protein highly expressed on MM cells that is the most widely studied and targeted antigen in CAR-T therapy for MM. BCMA is the primary target, but other antigens such as SLAMF7, CD19, CD138, and GPRC5D are also being explored for CAR-T therapy, particularly in patients who relapse after BCMA-targeted therapy.

면역 종양학의 새로운 돌파구

CAS 콘텐츠 컬렉션 분석 결과에서 알 수 있듯이, 면역 종양학 분야에는 치료 옵션을 혁신하고 환자 결과를 개선할 잠재력을 가진 수많은 신흥 아이디어가 존재합니다. 연구가 진행됨에 따라 연구자들이 탐구할 가치가 있는 새로운 분야를 정확히 찾아내기가 어려워질 수 있습니다. 동시 발생 개념 쌍에 대한 당사의 분석은 어떤 아이디어가 주목받고 있는지, 특히 다른 신흥 주제와 비교했을 때 어떤 아이디어가 더 성숙한 단계에 있는지 보여줌으로써 연구 돌파구를 마련하도록 돕습니다.

이러한 연구 방향은 모든 분야에서 가치가 있지만, 환자의 생명에 직접적인 영향을 미치는 면역 종양학처럼 빠르게 진화하는 분야에서는 의료계가 더 나은 치료법을 환자에게 더 빨리 제공할 수 있도록 돕는 데 매우 중요합니다.

끊임없이 진화하는 면역 종양학 분야에서 동시 발생하는 신흥 주제에 대해 자세히 알아보려면 동료 심사 출판물을 참조하십시오.