인유두종 바이러스(human papillomavirus, HPV) 특이 DNA 백신 후보물질인 GX-188E는 자궁 경부 상피내 종양 및 자궁경부암에 대한 유망한 치료 백신 중 하나이다. GX-I7은 국소부위에서 면역반응을 장기적으로 유도할 수 있게 설계된 재조합 인간 인터루킨-7이다. GX-188E는 HPV 특이적 T세포 반응을 유도하고, GX-I7의 질내 국소적 치료는 자궁 경부 조직에서 HPV 특이적 T세포를 모집하는 데 매우 효과적이다. 따라서 GX-I7의 질내 국소적 치료와 결합된 GX-188E의 병행치료 방법은 임상적으로 매우 유용한 치료방법으로 기대되고 있다.본 연구에서는 치료용 HPV DNA 백신 후보물질, GX-188E의 임상사용 방법에 맞추어 단독 투여 시 나타날 수 있는 독성학적 프로파일 및 임상에서의 효능 증진을 위해 GX-188E와 GX-I7을 병용 투여했을 때 나타나는 독성학적 프로파일을 조사하기 위해 실시하였다. 먼저, GX-188E 단독투여에 의한 독성을 조사하기 위해 암컷 ICR 마우스에 GX-188E를 전기천공법에 의해 근육내로 24주간 반복 투여한 후 독성학적 변화를 관찰하였다. 연구결과, GX-188E를 12.3 μg/head 및 123 μg/head 투여한 동물의 투여부위 및 투여부위 주변 골격근에서 근육의 변성 및 괴사, 출혈 및 염증세포 침윤이 관찰되었고, 이는 전기천공을 실시한 부형제 투여군에서도 동일하게 관찰된 변화였다. 또한, 혈액생화학 검사에서 아스파테이트아미노전이효소(aspartate aminotransferase, AST), 알라닌아미노전이효소(alanine aminotransferase, ALT) 및 크레아틴키나아제(creatine kinase, CK)의 증가가 GX-188E를 전기천공을 적용하여 123 μg/head 투여한 군에서 관찰되었다. 그러나 전기천공을 실시하지 않은 123 μg/head 투여군에서는 이러한 조직병리학적 또는 혈액생화학적 변화가 관찰되지 않았다. 따라서, 투여부위 및 투여부위 주변 근육의 조직소견은 GX-188E의 직접적인 영향이 아닌 투여 시의 전기천공에 따른 국소적 자극에 의한 변화로서 독성학적 의미는 없는 것으로 판단되었다. 그 외 사망동물, 일반증상, 안과학적 검사, 체중 및 사료섭취량 변화, 혈액학 및 장기중량측정에서 GX-188E에 의한 직접적인 독성변화는 관찰되지 않았다. 이후, GX-188E와 GX-I7의 병행투여에 의한 독성 조사 및 GX-188E 단독투여와 GX-188E 및 GX-I7 병행투여에 의한 독성을 비교하기 위해 암컷 SD 랫트를 이용하여 GX-188E를 전기천공법에 의해 8주간 근육내 반복투여 및 GX-188E의 질내 국소적 병행투여한 후 관찰되는 독성을 조사하였다. 혈액학적 검사 결과, 혈액 내에서 호중구 비율의 증가 및 림프구 비율의 감소가 관찰되었다. 또한 GX-188E의 투여 부위 근육에서 근섬유 변성, 괴사, 섬유 형성 및 세포 침윤이 관찰되었다. 이러한 변화는 4주 회복기간 동안 완전히 또는 부분적으로 회복되었다. 비장의 림프구 분석 결과, 고용량의 GX-I7 (1.25 mg/head)와 함께 GX-188E를 투여한 랫트에서 CD4+ T세포와 총 T세포가 감소하였다. 그러나 이러한 변화들은 일시적이고 전기 천공 매개 DNA 전달 또는 IL-7에 의해 유도된 림프구의 국소 이동과 관련된 변화로 판단되었다.본 연구는 HPV에 의해 유발되는 자궁 경부 상피내 종양 및 자궁경부암을 수술적인 방법 외에 비침습적으로 치료 및 예방할 수 있는 DNA 치료용 백신 개발을 위한 최초의 독성 연구 결과이다. GX-188E를 암컷 ICR 마우스에 24주간 전기천공법을 활용하여 반복 근육 투여했을 때 무해용량은 123 μg/head를 상회하였고, GX-188E 및 GX-I7을 암컷 SD 랫트에 8주간 전기천공법을 활용하여 병행투여 시의 무해용량은 GX-188E 320 μg/head 및 GX-I7 1.25 mg//head를 상회하는 것으로 판단되었다. 이러한 연구 결과를 통해 GX-188E를 단독으로 마우스에 반복투여 했을 때 안전한 것을 확인하였고, GX-188E의 단독투여와 GX-188E 및 GX-I7의 병행투여 시 관찰되는 독성 양상이 유사한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 독성연구 결과를 활용하여 GX-188E 단독 치료 및 GX-I7과의 병행치료를 위한 임상시험 및 신규 치료용 백신에 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 아울러 향후 다양한 DNA 치료용 백신의 개발과 관련된 유사 독성연구에 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
The human papilloma virus (HPV)-specific DNA vaccine, GX-188E, is a promising therapeutic vaccine for cervical intraepithelial neoplasia and cervical cancer. GX-I7 is a recombinant human interleukin-7 (IL-7) designed to induce a long-term immune response at a localized site. GX-188E elicits HPV-specific T cell responses, while local IL-7 treatment is highly effective in the recruitment of HPV-specific T cells in cervical tissues. Therefore, the single or combination of HPV-specific DNA vaccines and local IL-7 treatment is clinically effective. This study was conducted to establish the toxicological profile of the single or combination treatment of the therapeutic HPV DNA vaccines (GX-188E) or the long-acting form of recombinant human IL-7 fused with hybrid Fc (GX-I7). To investigate the toxicity of GX-188E single treatment, Crlj:CD1 Institute of Cancer Research (ICR) female mice were administered GX-188E as a repeated intramuscular injection with or without electroporation for 24 weeks. Muscle degeneration and necrosis, hemorrhage, and inflammatory cell infiltration were observed at the injection site and in the skeletal muscle surrounding the injection site of animals administered GX-188E doses of 12.3 μg/head and 123 μg/head. Similar changes at the injection site and the surrounding skeletal muscle were also observed in the vehicle control group after electroporation. Furthermore, increases of AST, ALT and CK were observed in the 123 μg/head with electroporation due to muscle damage. However, these changes in histopathology and serum biochemistry were not observed when GX-188E was administered at a dose of 123 µg/head without electroporation. Therefore, these changes were considered to be due to electroporation during the administration procedure. In addition, no other GX-188E related changes were observed after administration of GX-188E with respect to mortality, clinical signs, body weights and food intake, ophthalmology, hematology, and organ weights. Next, the repeated dose toxicity of GX-188E combined with GX-I7 was investigated by administering the vaccine intramuscularly by electroporation or intravaginally in female Sprague-Dawley/Crl:CD (SD) rats for 8 weeks. The number of neutrophils in the blood was increased, whereas the number of lymphocytes was decreased. Furthermore, myofiber degeneration, necrosis, fibroplasia, and mixed cell infiltration were observed at the GX-188E injection site. These changes were fully or partially reversed during the four-week recovery period. Analysis of lymphocytes in the spleen revealed that CD4+ T cells and total number of T cells decreased in rats treated with GX-188E in combination with a high dose of GX-I7 (1.25 mg/head). However, these changes were not considered harmful because they were transient and might have been related to electroporation-mediated DNA delivery, or the local migration of lymphocytes induced by IL-7. The current study is the first to evaluate the toxicity of a therapeutic human papilloma virus (HPV)-specific DNA vaccine alone or combination with GX-I7, that can non-invasively treat and prevent cervical intraepithelial tumors and cervical cancer caused by HPV. When GX-188E was intramuscularly administered repeatedly to female ICR mice by electroporation for 24 weeks, the no observed adverse effect level (NOAEL) was greater than 123 μg/head. In addition, the NOAEL was greater than 320 μg/head of GX-188E and 1.25 mg/head of GX-I7 when GX-188E and GX-I7 were administered concurrently to female SD rats using electroporation for 8 weeks. These results indicated that repeated administration of GX-188E is safe, and the toxicity of combined treatment with GX-188E and GX-I7 was comparable to a single dose of GX-188E. The results of this study may be useful in clinical trials for evaluating effects of treatment with GX-188E alone and in combination with GX-I7, and similar studies related to the development of DNA vaccines in the future.