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최근 암 조기 진단과 암 치료 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 조기 발견율이 낮거나 치료가 어려워 사망률이 높은 암 위주로 많은 진전을 보인 바 있다. 생존율이 높지 않은 대표적인 암 중 하나가 바로 ‘췌장암’이다. 미국 오리건 건강과학대학에서 췌장암을 조기 발견할 수 있는 또 다른 혈액검사법을 공개했다.

췌장암 조기 진단율 높이는 검사법

오리건 건강과학대학 연구팀이 내놓은 검사법은 ‘PAC-MANN’이라는 이름으로 불린다. ‘자기 나노센서를 사용한 프로테아제 활동 기반 검사’를 의미하는 약어다. 소량의 혈액 샘플을 채취해, 그 내부의 프로테아제 활동 변화를 감지하는 것이 기본 원리다.

프로테아제(Protease)는 단백질을 분해하는 효소다. 췌장암의 세부 종류 중 췌장관에 암이 발생할 경우 프로테아제의 활성이 변화한다. 췌장관암(PDAC)은 췌장에 발생하는 암 중에서도 가장 흔하고 치명적인 종류로 꼽히는 만큼, 조기 발견 여부는 치료 결과에 큰 영향을 미친다.

췌장암의 치료가 어렵고 생존율이 낮은 가장 큰 이유는 발견과 진단이 늦게 이루어진다는 것이다. 일반적으로 췌장암은 상당히 진행된 상태에서 발견된다. 이 때문에 선택할 수 있는 치료법이 제한돼 예후가 좋지 않을 가능성이 크다.

현재 사용되는 검사법 중에는 췌장암을 조기 단계에서 민감하게 감지하지 못하는 경우가 있다. PAC-MANN 검사법은 이 부분에 초점을 맞췄다. ‘암 관련 활동의 징후’를 식별하는 데 집중해, 기존 검사법의 한계를 보완하고 암을 더 일찍 발견해 조치할 수 있도록 하기 위함이다. 

수술 후 추적 관찰에도 활용 가능

연구팀은 췌장 질환을 전문적으로 연구하는 ‘브렌든-콜슨 췌장 관리 센터’와 질환의 조기 진단을 주로 연구하는 기관인 ‘CEDAR(Center for Early Detection and Research)’와 협력해, 환자 350여 명의 혈액 샘플을 확보했다. 이들은 췌장암 진단을 받았거나, 혹은 췌장암 고위험군에 해당하는 사람, 혹은 연구에 참여시킬 대조군이었다.

연구팀은 췌장관암 환자에게서 더 활성화되는 혈액 내 특정 단백질과 프로테아제를 찾았다. 이를 바탕으로 연구팀은 췌장암 감지에 특화된 비침습적 검사법을 개발했다. 

효능 검증 결과, PAC-MANN 검사는 췌장암 환자와 그 외 췌장질환자, 그리고 건강한 환자를 98% 정확도로 구별해냈다. 기존 검사법인 ‘탄수화물 항원 19-9(CA 19-9)’ 검사와 함께 사용했을 때도 약 85% 정확도로 초기 단계 암을 진단해낼 수 있었다.

한편, PAC-MANN 검사는 췌장암 수술 후 추적 관찰에도 활용할 수 있다. 연구팀은 수술을 마친 환자에게서 프로테아제 활동이 감소하는 것을 확인했다. 수술 전과 후의 프로테아제 활동을 비교함으로써, 수술 및 기타 치료가 효과적인지를 살피는 데 도움이 된다는 의미다.

저렴하고 간단한 비침습적 검사

PAC-MANN 검사의 가장 두드러지는 경쟁력인 ‘비용’이다. CEDAR의 연구 엔지니어이자 생물학자로 이번 연구에 참여한 호세 L. 몬토야 미라 박사는 “혈액 8㎕(마이크로리터)를 채취하고 45분만 있으면 검사가 가능하며, 샘플당 비용은 1페니도 안 된다”라고 이야기했다. 

일반적으로 건강검진에서 채취하는 혈액은 약 5~10ml다. 1마이크로리터(㎕)는 1밀리리터(ml)의 1천분의 1에 해당하므로 매우 미세한 양이라는 점을 알 수 있다. 혈당 검사를 위해 손끝을 찔러서 나오는 혈액 한 방울이 보통 20~50㎕이므로, 그보다도 적은 양이다. 

1페니 역시 원화로 환산하면 10~15원 정도로 매우 낮은 가격이다. 연구팀은 이러한 강점을 바탕으로 경제적 조건이 열악한 지역에서도 PAC-MANN 검사법을 원활하게 사용할 수 있을 거라고 기대하고 있다.

연구팀은 향후 CEDAR를 비롯한 암 관련 연구기관들과 협력하여 추가 임상시험을 계획 중이다. 특히 PAC-MANN 검사법으로 췌장암이 아직 발병하지 않은 고위험군도 식별할 수 있다는 점을 활용해, 고위험군을 대상으로 하는 연구 목적으로 임상시험을 추진한다는 계획이다.

만약 이번 시험을 통해 가능성이 검증된다면, PAC-MANN 검사는 췌장암의 조기 진단을 넘어, ‘발병 전에 예측할 수 있는 도구’로 가치를 인정받을 수 있다. 이는 환자들로 하여금 보다 다양한 치료 옵션을 선택할 수 있게 할 것이며, 나아가 생존율을 높이는 데 기여할 수 있을 것이다.

당뇨를 일으키는 원인으로 미토콘드리아 손상을 지목하는 연구 결과가 나왔다. 당뇨의 원인인 인슐린 문제가 세포에 에너지를 공급하는 ‘미토콘드리아’의 결함 때문일 수 있다는 내용이다.

당뇨의 원인, 췌장 베타 세포 미성숙

인슐린은 췌장의 베타(β) 세포에서 만들어진다. 당뇨에 관한 여러 연구에 따르면 당뇨 환자는 췌장 베타 세포가 비정상적인 미토콘드리아를 가지고 있어 에너지를 생성할 수 없는 경우가 있다. 다만, 미국 미시간 대학 연구팀에 따르면 ‘왜 이런 현상이 나타나는지’에 대해 설명한 기존 연구는 없었다.

미시간 대학 연구팀은 기능 이상이 발생한 미토콘드리아가 베타 세포의 성숙과 기능에 영향을 미친다는 연구 결과를 정리에 「사이언스(Science)」에 발표했다.

연구팀은 쥐 실험을 통해 미토콘드리아의 기능 이상을 유발하고 그 결과를 살펴보았다. 쥐에게 조작을 가해 세 가지 경우를 만들었다. 세포 DNA를 손상시킨 경우, 결함이 있는 미토콘드리아를 제거하는 경로를 손상시킨 경우, 세포 내 건강한 미토콘드리아 풀을 유지하는 경로를 손상시킨 경우다.

연구팀에 따르면 세 가지 경우 모두 동일한 스트레스 반응이 나타났다. 이로 인해 베타 세포가 미성숙해지고, 충분한 인슐린 생성을 할 수 없는 상태가 됐다. 미시간 대학 내과 조교수 에밀리 M. 워커 박사는 “이 결과는 미토콘드리아가 세포 핵으로 신호를 보냄으로써, ‘세포의 운명’을 바꿀 수 있다는 것을 보여준다”라고 이야기했다.

근본 원인은 미토콘드리아 결함

연구팀은 이러한 결과를 바탕으로 연구 범위를 확대했다. 미토콘드리아는 세포에 에너지를 공급하는 역할을 하므로, 여러 유형의 세포에도 존재한다. 연구팀은 베타 세포의 이상으로 당뇨가 발생하면, 당뇨로 인해 영향을 받는 다른 장기나 조직의 세포에도 그 영향이 있을 거라고 보았다. 체중 증가(지방 세포), 간 기능(간 세포), 근육 손실(근육 세포) 등이 대표적이다.

쥐 모델을 사용해 간 세포와 지방 세포에서 실험한 결과, 이들 세포에도 동일한 스트레스 반응이 발생한다는 것을 확인했다. 미시간 당뇨 연구센터 소장인 스콧 A. 솔레이만푸르 박사는 “모든 세포 유형을 테스트하지는 못했지만, 간과 지방 세포에서 볼 수 있듯 당뇨 영향을 받는 모든 조직에서 나타날 수 있는 현상”이라고 말했다.

당뇨 치료, 미토콘드리아 손상 되돌리기

한편, 이번 연구 결과는 당뇨를 치료하기 위한 접근법으로도 의미가 있다. 미토콘드리아의 손상이 원인이라는 것을 확인했으니, 미토콘드리아 손상을 역전시키면 당뇨 치료에 도움이 될 수 있다는 것이다. 미토콘드리아가 손상됐다고 해서 세포 사멸이 발생하지는 않는다. 즉, 손상된 미토콘드리아가 제 기능을 할 수 있도록 되돌릴 기회가 남아있다는 것이다.

연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 세포의 스트레스 반응을 차단하는 ISRIB라는 약물을 사용했다. 앞서 실험에 사용했던 쥐에게 약물을 투여하고 4주가 지나자, 포도당 수치를 조절하는 능력이 회복됐다는 것을 확인할 수 있었다.

솔레이만푸르 박사는 “베타 세포를 잃는 것은 2형 당뇨가 발생하는 가장 직접적인 경로”라며 “이 연구를 통해 2형 당뇨가 왜 발생하는지, 근본적 해결을 위해 어떻게 개입하면 되는지를 설명할 수 있게 됐다”라고 이야기했다. 

연구팀은 이후로 추가 연구를 계획 중이다. 방향은 크게 두 가지다. 하나는 베타 세포가 손상되는 경로를 더욱 자세하게 분석하는 것이다. 다른 하나는 실제 당뇨 환자의 세포 샘플을 확보해, 이번 연구 결과가 동일하게 나타나는지를 확인하는 것이다.

심장마비(심근경색)가 발생했을 때 심장근육 손상은 남성에게서 더 광범위하게 나타난다. 남성 호르몬인 테스토스테론이 심장마비로 인한 심근 손상을 악화시키기 때문이라는 연구 결과가 제기됐다. 

심장마비와 심장근육 손상

심장마비는 심장으로 가는 혈액 공급이 차단되면서 발생한다. 심장에서 뿜어진 혈액은 대동맥을 통해 출발하는데, 이때 혈액 일부가 관상동맥을 통해 다시 심장에 공급된다. 만약 관상동맥이 혈전 등에 의해 막히게 되면 심장근육이 필요로 하는 산소와 영양소를 공급받을 수 없다. 이로 인해 심장근육이 손상되면서 심장 기능이 마비된다. 

심장근육이 손상되면 신체는 이를 감지하고 강한 염증 반응을 일으킨다. 손상된 조직을 치유하기 위한 자연스러운 반응이다. 이때 백혈구의 일종인 호중구가 손상된 부위로 이동하며, 손상된 조직의 치유를 돕게 된다. 

하지만 이 호중구로 인해 손상이 더 심각해질 수도 있다. 호중구는 기본적으로 활성산소종(ROS)과 프로테아제를 방출해 세포를 공격하고 염증 물질을 분비한다. 즉, 호중구가 지나치게 활성화될 경우 심장근육은 염증이 심화되며 오히려 추가적인 손상이 발생할 수 있다.

이 문제가 빠르게 해결되지 않고 반복될 경우, 심장에 만성 염증 상태가 발생한다. 이로 인해 심장 기능이 저하되고 심장 조직이 굳어질 수 있으며, 심부전 등의 합병증을 일으킬 수 있다.

테스토스테론으로 인한 부작용

문제의 핵심은 ‘호중구의 과활성화’다. 스웨덴 예테보리 대학 연구팀은 이러한 현상이 나타나는 원인을 파악하기 위한 연구를 진행했다. 연구팀은 쥐를 대상으로 심장마비를 유발하고 그 경과를 관찰했다. 며칠 동안 지켜본 결과, 혈액 내 호중구 수치가 성별에 따라 다르게 나타난다는 것을 발견했다. 같은 심장마비 증상에서도 수컷 쥐가 암컷 쥐보다 호중구 수치가 더 높았다.

연구팀은 그 원인이 무엇인지를 추적했다. 조사 결과 수컷에게 높은 수준으로 존재하는 테스토스테론이 골수에서의 호중구 방출을 촉진한다는 사실을 발견했다. 즉, 테스토스테론으로 인해 필요 이상으로 많은 호중구가 분비되고, 이로 인해 염증 반응이 강해지며 심장근육 손상이 더 크게 발생한다는 이야기다.

테스토스테론은 남성 호르몬이지만 여성에게도 존재한다. 또한, 같은 남성이라도 그 수치는 개인마다 차이가 있다. 일반적으로 남성의 테스토스테론 수치가 더 높기 때문에 남성의 심장근육 손상이 더 크게 나타나는 것은 맞다. 하지만 보다 정확히는 성별보다는 테스토스테론 수치에 따라 예후가 달라진다고 봐야 할 것이다.

염증 완화에 있어 호르몬 중요성

예테보리 대학 연구팀은 항염제인 ‘토실리주맙’을 심장마비 직후 환자에게 투여한 임상시험 데이터를 분석했다. 항염제가 호중구 수치를 낮추고 심장 손상을 줄인다는 것을 확인했으며, 남성보다 여성에게 더 큰 효과가 나타나는 것까지 확인했다.

연구팀은 테스토스테론이 호중구에 어떤 영향을 미치는지 그 메커니즘을 제시했다는 데 의의를 두고 있다. 또한, 심장마비 증상을 치료하는 데 있어 성별 차이를 중요한 요인으로 고려해야 한다는 시사점을 던진다. 이 발견이 향후 심장마비 및 이후 증상을 치료하는 것은 물론, 심장마비 치료를 위한 항염증제 개발 연구 등에 영향을 미칠 것으로 보인다.

한편, 기본 메커니즘은 테스토스테론이 호중구 방출을 촉진하는 것, 그로 인해 염증 반응이 심해지는 것이다. 이는 심장근육 손상 뿐만 아니라 다른 원인으로 발생하는 염증에도 똑같이 적용된다고 볼 수 있는 근거다. 따라서 전반적인 염증 완화에 있어 테스토스테론의 역할에 초점을 두는 것도 필요하다.