연세대 의과대학 외과학교실 정재호(사진 좌) 박기청 교수가 항암제에도 살아남는 암 줄기세포의 생존 원리와 이를 극복할 수 있는 항암제 조합을 밝혀냈다. 

이번 연구로 난치성 암 환자를 위한 치료제 개발에 속도가 붙을 것으로 기대되는데, 보고서는 미국암연구학회에서 발행하는 ‘Clinical Cancer Research’ 온라인판에 최근 실렸다. 

우리 몸의 각 조직은 줄기세포를 갖고 있어 성장과 재생을 반복한다. 암 조직 내에도 1~2% 정도 줄기세포의 성격을 지닌 암 줄기세포가 존재한다. 자기 재생 능력이 있고, 다른 세포로 분화할 수 있는 능력도 지녀 암 재발과 전이의 원인으로 작용한다. 특정 환자군에서는 이러한 암 줄기세포가 활성화되면서 강한 항암제 저항성을 나타내는데, 저항성이 매우 강해 기존 항암요법으로는 치료할 수 없는 난치성 암으로 분류된다.

연구 결과에 따르면 암 줄기세포가 갖는 항암제 저항성의 핵심 원인은 세포 내 칼슘이온의 수송과 저장에 관여하는 단백질 'SERCA'에 있었다. 일반 암세포는 항암제를 투여하면 과도한 스트레스가 유발되면서 죽음에 이른다. 스트레스 발생에 따라 소포체에서 과다 분비된 칼슘이온이 미토콘드리아에 쌓이면서 세포 자살로 이어지기 때문이다.

그러나 암 줄기세포는 항암제 투여 시 과도한 칼슘이온 분비를 줄이고, 동시에 과도하게 분비된 칼슘이온을 다시 소포체로 되돌려 넣을 수 있는 단백질 SERCA의 수는 늘려 칼슘이온 농도를 조절해 생존하는 것으로 나타났다.

이 같은 생존 원리에 착안해 연구팀은 SERCA의 기능저해제인 ‘탑시가르긴(Thapsigargin)’을 기존 항암효과가 확인된 2DG(2-deoxyglucose)‧메포민(Metformin)과 함께 투여하는 방법으로 암 줄기세포에 대한 항암효과를 이끌어내는 데 성공했다.

동물 실험 결과 평균 200mm3였던 암 줄기세포 종양들은 2DG와 메포민만 투여했을 때는 20일 뒤 525.67mm3, 30일 뒤 1082.44mm3, 40일 뒤 2963mm3로 커졌지만 탑시가르긴을 함께 투여하자 20일 후 372.67mm3, 30일 후 489.67mm3, 40일 후 520.11mm3로 성장이 억제됐다.

비교군인 일반암 P-231은 2DG+메포민에 항암효과를 보였으나 암 줄기세포인S-231은 2DG+메포민에 항암효과를 보이지 않다가 추가 조성물 탑시가르긴을 동시 투여했을 때 항암효과를 유도할 수 있었다.

이번 연구 결과는 암 줄기세포뿐만 아니라 항암제 저항성을 지니는 여타 난치성 암에도 적용 가능하다. 다른 난치성 암도 항암치료로 과도한 스트레스가 발생하거나 종양미세환경이 나빠졌을 때 세포질 내 칼슘이온 농도를 조절해 사멸을 피한다는 원리는 같기 때문이다.

이번 연구로 암 치료 전반은 물론 그간 효과적인 치료법을 찾지 못했던 암 줄기세포를 표적으로 하는 항암치료제 개발에 큰 가능성이 열릴 것으로 보인다. 이번 연구 결과는 특허 등록 후 항암제 개발을 위한 기술 이전도 이뤄진 상태다.

정재호 교수는 “이번 연구로 암이 진화 과정에서 발생하는 환경적 스트레스와 항암제와 같은 인위적 스트레스에 적응하는 원리에 대한 심층적 이해가 가능해졌고 악성 암 줄기세포를 치료할 수 있는 실험적 근거를 제시할 수 있게 됐다”면서 “향후 생존 관련 메커니즘을 더욱 상세히 규명해 암 줄기세포를 표적으로 하는 항암치료의 새로운 장을 열어갈 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 실시하고 있는 기초연구사업의 지원을 받았다.