최진욱(왼쪽부터) GIST 생명과학과 교수, 이혜영 박사과정생, 에릭 카르도소 미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터 박사과정생, 이주현 교수.[GIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과 미국 국제 공동연구진이 암 발생 후 치료하는 방식이 아닌 발병 초기에 억제할 수 있는 예방 중심 치료전략을 제시했다.

광주과학기술원(GIST)은 생명과학과 최진욱 교수연구팀이 미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터 이주현 교수 연구진과 함께 폐암 발생 초기 단계의 세포 간 연쇄 반응(cascade) 구조를 규명했다고 29일 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 지난 22일 온라인 게재됐다.

폐 선암(Lung Adenocarcinoma, LUAD)은 사망률이 매우 높은 암종이지만, 초기 증상이 거의 없는 탓에 환자 대부분은 병이 상당히 진행된 상태에서 발견돼 치료 방법이 제한적이었다.

연구팀은 마우스 모델과 인공 장기인 ‘3차원 폐 오가노이드’ 실험을 통해 암 발생 초기 단계에서 일어나는 세포들의 ‘대화’를 추적했다.

폐 조직을 단일세포 수준으로 분해해 섬유아세포(기질세포), 폐암세포(돌연변이 폐 줄기세포), 대식세포(면역세포)의 유전자 변화를 정밀 분석한 결과, 돌연변이 세포가 주변 세포를 포섭해 종양 형성을 돕는 ‘자기 지속적 회로’를 찾아냈다.

폐암 발생은 크게 3단계의 연쇄 반응을 거친다. 먼저 1단계에서는 유전자 돌연변이가 발생한 폐 줄기세포가 ‘암피레귤린(AREG)’이라는 신호 물질을 대량 분비하며 주변 세포에 공격적인 신호를 보내기 시작한다.

2단계에서는 이 신호를 받은 주변 섬유아세포들이 본래의 조직 복구 기능을 상실한 채, 조직을 딱딱하게 변형시키는 ‘섬유화 상태’로 전환된다. 이는 마치 비옥했던 토양이 암세포 성장에 최적화된 특수한 환경으로 개간되는 것과 같다.

3단계에서는 조성된 섬유화 환경이 면역세포(대식세포)를 불러들여 염증 반응을 극대화하고, 이 염증 신호가 다시 돌연변이 세포의 악성 변화를 촉진하는 ‘자기 증폭 회로’를 완성한다. 결과적으로 암세포와 주변 환경이 서로를 돕는 악순환의 고리가 만들어지며 본격적인 종양으로 발전하게 되는 것이다.

연구팀은 이러한 연쇄 반응의 핵심 고리인 ‘암피레귤린 신호 축’을 유전적·약물적 방법으로 차단했을 때, 섬유화 미세환경 형성이 억제되며 폐암 초기 발생이 현저히 저지되는 것을 확인했다. 이는 암 발병 후 치료하는 기존 방식의 한계를 넘어, 암 발생 자체를 뿌리부터 차단할 수 있는 새로운 치료 표적을 찾아냈다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 환자 상태를 모사한 3차원 오가노이드 폐암 모델을 구축해 생체 외(Ex vivo)에서의 재현 가능성을 평가했다.

그 결과, 세포의 성장과 분열을 조절하는 핵심 유전자인 KRAS 돌연변이 모델에서도 섬유화 미세환경이 실제 폐 조직 내에서 유도되는 현상이 확인됐다.

최진욱 교수는 “이번 연구는 암세포 자체만 공격하던 기존 방식에서 벗어나, 암세포와 주변 환경의 ‘대화’를 차단해 암 발생을 근본적으로 막는 전략을 제시했다는 데 의의가 있다”며 “폐암 발생을 극초기에 억제하는 차세대 예방 및 정밀 맞춤형 치료 패러다임을 여는 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.