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지방을 과도하게 섭취하는 식습관은 비만의 주요 원인이다. 또한, 이러한 식습관이 암세포의 성장을 촉진한다는 것도 익히 알려진 사실이다. 즉, 비만과 암 발생 위험은 서로 밀접한 연관을 가지고 있다. 국립암센터 연구팀이 암세포가 직접 지방산을 산화시키며 폭발적으로 성장한다는 점을 세계 최초로 증명해냈다.

 

지방과 비만, 그리고 만성 염증

비만은 다양한 이유로 발생한다. 하지만 기본적인 원리는 섭취하는 에너지가 소비하는 에너지보다 많은 상태가 장기간 유지되는 것이다. 여기에 가장 크게 기여하는 것이 바로 ‘고지방 식단’이다. 비만인 사람들은 포화지방 함량이 높은 붉은 고기류나 기름진 음식, 또는 트랜스지방 함량이 높은 각종 가공식품을 즐겨먹는 경우가 많다.

에너지원으로서 지방이 갖는 특징을 두 가지 꼽을 수 있다. 하나는 다른 영양소에 비해 에너지 발생량(칼로리)이 2배 이상 높다는 것, 다른 하나는 탄수화물에 비해 대사가 오래 걸리기 때문에 에너지원으로서 우선순위가 떨어진다는 것이다. 

이런 이유로 고지방 식단을 자주 섭취하면서 체내 대사가 원활하지 않고 움직임이 적은 사람들은 잉여 에너지가 체내 곳곳에 축적되면서 비만이 되는 것이다.

몸 속에 축적된 지방은 기본적으로 ‘에너지 저장소’ 역할을 한다. 일정 시간 이상 에너지가 공급되지 않으면서 소모가 가속화될 때 필요한 에너지를 공급하는 기능을 할 수 있다. 다만, 염증 물질을 비롯한 각종 신호 물질을 분비하는 역할도 하기 때문에 만성 염증을 유발하는 원인이 되기도 한다.

비만으로 인해 유발된 저강도의 만성 염증은 암세포 성장과 증식을 비정상적으로 촉진할 수 있다. 면역세포 기능을 약화시킨다거나, 염증으로 인해 세포 DNA에 손상을 입히는 것 등이 그 예다. 이러한 이유로 비만은 암 발생 위험의 대표적인 요인으로 꼽힌다.

 

암세포, 지방을 연료로 쓴다

비만으로 인해 암세포 성장에 유리한 조건이 만들어지는 데는 여러 메커니즘이 복합적으로 작용한다. 기존에는 비만으로 인해 호르몬 변화가 발생하고, 이로 인해 암세포 성장이 촉진된다는 견해가 제기됐다. 그러나 최근 국립암센터가 발표한 바에 따르면, 암세포가 직접 지방을 연료로 사용해 급격하게 성장할 수 있다.

국립암센터 암분자생물학연구과 김수열 박사 연구팀은 고지방 식단으로 비만이 됐을 경우, 암세포가 지방산을 직접 산화시켜 에너지 대사를 폭발적으로 증가시키기 때문이라는 것을 세계 최초로 입증했다. 호르몬 변화가 간접적으로 영향을 미치는 요인이라면, 암세포의 에너지 대사는 직접적인 요인에 해당한다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 <테라노스틱스(Theranostics, IF 12.4)> 2025년 5월호에 게재됐다. 논문 제목은 “Loss of SLC25A20 in pancreatic adenocarcinoma reversed the tumor-promoting effects of a high-fat diet (췌장 선암에서 SLC25A20 지방산산화 유전자의 제거는 고지방 식이의 종양 촉진 효과를 완전히 뒤집었다.)”로, 암세포의 지방산 산화 유전자를 표적으로 하는 새로운 항암치료 전략을 제시했다.

 

암세포 성장 메커니즘과 치료 전략

그동안 비만으로 인한 종양의 성장은 염증성 호르몬에 의한 간접적 영향 때문이라는 이론이 지배적이었다. 간 또는 지방세포에서 렙틴(Leptin), 또는 인슐린 유사 성장인자-1(IGF-1)와 같은 염증성 호르몬이 분비되면서 암세포가 빠르게 성장한다는 이론이다. 

그러나 국립암센터 연구팀은 ‘종양의 에너지 대사가 지방산에 의존한다는 이론(Kim Effect)’을 토대로 연구를 진행했다. 그 결과 암세포가 직접적으로 지방산 산화(Fatty Acid Oxidation, FAO)를 통해 세포 에너지원인 아데노신 삼인산(ATP)을 생산하고, 이를 바탕으로 빠르게 성장한다는 점을 증명했다. 

기존의 ‘와버그 효과(Warburg Effect)’에 따르면, 암세포는 산소가 충분한 상황에서도 포도당을 분해해 젖산을 생성함으로써, 주변을 산성화시키고 자신에게 유리한 환경을 만든다. 김수열 박사 연구팀이 제기한 이론은 이와 상보적인 이론이라 할 수 있다. 연구팀은 고탄수화물 식이가 고지방 식이에 비해 암세포 성장을 최대 80%까지 억제할 수 있음을 함께 확인했다.

연구팀은 췌장암에 걸린 마우스 모델에게 23주간 고지방 식이를 제공한 다음, 동일한 열량을 탄수화물로 제공받은 마우스 모델과 비교했다. 확인 결과, 고지방 식이를 섭취한 쥐는 체중이 두 배로 증가했으며, 종양 크기도 두 배 이상 커지는 현상을 관찰했다. 

특히, 이 과정에서 지방산 산화를 유도하는 핵심 유전자인 ‘SLC25A20’을 유전적으로 억제했을 때, 암세포의 성장이 고지방 식이에서도 정상식이와 유사한 수준으로 억제되는 것을 확인했다. 일부에서는 종양성장이 완전히 사라지는 완전관해(Complete Remission)가 관찰되기도 했다. 즉, 고지방 식이에 의한 종양 성장 효과가 이 유전자를 조절함으로써 완전히 역전되는 것을 증명했다. 

또한, 면역세포가 살아있는 자연 발생 마우스 췌장암(KPC 모델)에서도 SLC25A20 유전자가 결손된 마우스와 교배할 경우, 전체 생존율이 23주에서 30주로 평균 7주 연장되며 항암 효과를 입증했다.

이번 연구는 지방산 산화를 차단하는 것이 암세포 성장을 직접적으로 억제할 수 있음을 세계 최초로 입증한 사례다. 연구팀은 “SLC25A20은 암세포에 지방을 공급하는 핵심 통로로, 이를 차단하면 암이 에너지를 제대로 만들지 못하게 된다”며 “부작용이 거의 없어 새로운 항암 치료법의 최적 표적이 될 수 있다”고 설명했다. 국립암센터는 현재 자회사 NCC-Bio(대표 김수열)와 함께 SLC25A20 유전자를 표적으로 한 항암 신약 개발 및 상용화를 추진하고 있다.

 

항암치료를 방해하는 ‘나쁜 세포’만 정밀하게 제거할 수 있는 약물이 개발됐다. 이로써 고형암 치료에도 효과를 기대할 수 있는 면역항암제 개발 가능성이 생겼다.

 

면역항암제 효능과 고형암 치료 한계

경희대학교 생리학교실 배현수 교수와 응용화학과 강성호 교수 연구팀은 종양의 성장을 돕는 대식세포를 선택적으로 표적해 사멸하도록 하는 펩타이드 치료제 후보물질을 개발했다. 본래 대식세포는 종양을 죽이는 것(M1형)과 성장을 촉진하는 것(M2형)로 나뉘며, 이중 M2형을 표적으로 삼아 사멸시키는 메커니즘이다.

면역항암제 효능은 우리 몸의 면역 체계를 강화시켜, 스스로 암세포를 공격하게 하는 방식이다. 면역항암제 효능은 일반적으로 특정 혈액암에는 뛰어나다. 하지만 장기에 발생하는 고형암에는 치료 효과가 제한적으로 나타난다는 한계가 있었다.

연구팀에 따르면 그 이유 중 하나는 고형암 주위의 ‘종양미세환경’ 때문이다. 암세포 증식을 돕는 주위 환경을 총체적으로 이르는 말로, 이들로 인해 면역 세포와 약물이 암세포 안으로 침투하기 어려워진다. 그중에서도 항염증 및 조직 회복 기능을 하는 M2형 대식세포가 종양미세환경에 있을 경우, 암세포 성장을 촉진하는 역할을 하기 때문에 암세포 제거에 한계가 생긴다.

 

종양 살리는 면역세포 표적

경희대 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 암세포를 직접 공격하지 않으면서도 종양 크기를 줄여줄 수 있는 자연계 ‘독 성분 물질’에 주목했다. 테스트해본 결과, 이 물질이 암세포를 돕는 M2형 대식세포를 선택적으로 제거할 수 있다는 점을 확인했다. 

연구팀은 M2형 대식세포의 결합 분자인 ‘활성형 CD18 단백질’을 표적으로 정했다. 본래 CD18 단백질은 세포 접착 및 신호 전달, 면역 반응 등에 중요한 역할을 하는 단백질이다. 이 단백질이 M2형 대식세포에서 활성화되면, 종양의 성장 및 전이를 촉진하는 역할을 할 수 있다.

연구팀은 이러한 사실을 토대로 독 성분 물질이 갖고 있는 독성을 낮추는 방향으로 분자 구조를 재설계했다. 그 다음 M2형 대식세포 내 활성형 CD18 단백질을 인식할 수 있는 펩타이드-약물 접합체 ‘TB511’을 개발했다.

 

‘정밀 면역항암제’ 임상시험 예정

TB511을 동물 모델에 투여한 결과, 정상적인 대식세포에는 영향을 미치지 않으며, 종양 내 M2형 대식세포만을 선택적으로 제거한다는 것을 확인했다. 대장암, 폐암, 췌장암 등이 유발된 동물 모델에서 종양 성장을 효과적으로 억제한다는 것도 함께 확인됐다. 이는 TB511이 정상 면역 세포를 손상시키지 않는 ‘정밀 면역항암제’로서 가능성이 있다는 것을 보여준다.

연구팀은 지난 2024년 식품의약품안전처로부터 TB511의 임상 1/2a상 승인을 얻었다. 올해부터 TB511이 면역항암제 효능을 충분히 발휘하는지를 재차 확인하기 위해 환자들을 대상으로 하는 임상시험을 진행할 예정이다. 

배현수 교수는 “이번 연구로 개발한 약물은 종양 내에서만 활성화된 CD18을 표적으로 M2형 대식세포만을 선택적으로 제거할 수 있다”며 “향후 범용 면역항암제 개발 및 정밀 면역치료 기술 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원사업으로 수행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 <암 면역치료 저널(Journal of ImmunoTherapy of Cancer)> 4월호에 게재됐다.

 

카이스트 연구진이 대장에 생긴 암 세포를 정상 세포와 유사한 상태로 되돌리는 ‘암 가역 치료(cancer reversion therapy)’ 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 대장암 세포의 상태를 변환시켜 부작용 없이 치료할 수 있다는 설명이다.

 

‘변이된 암 세포를 되돌린다’는 접근

현재 시행되고 있는 항암치료는 ‘암 세포를 사멸시키는 방식’을 기본 전제로 하고 있다. 이로 인해 정상 세포까지 사멸시킴으로써 부작용을 유발하거나, 암 세포가 치료에 내성을 갖게 되면서 재발을 일으키는 등의 문제가 있었다. 

한편 또 다른 치료 기술은 암 세포의 성장을 억제하거나 면역 체계를 활성화시켜 암 세포에 대응하게 하는 방식으로 접근하기도 한다. 암 세포의 내성을 무력화하거나 회피할 수 있는 방법이 새롭게 개발되는 사례도 적지 않다. 다만, 이러한 방법들 역시 근본적으로는 암 세포를 죽이거나 무력화하는 것을 전제로 하고 있다.

이런 기존의 방식과 반대로, 암 세포를 죽이거나 억제하지 않고 정상 상태에 가깝게 되돌리는 방법이 등장했다. 암 세포는 기본적으로 세포의 변이로 인해 발생하므로, 그 과정을 관찰해 원인을 찾고 변이를 되돌리는 접근법이다.

 

비정상적 분화를 컨트롤하는 방법

카이스트 바이오 및 뇌공학과 조광현 교수 연구팀은 정상 세포가 암 세포로 변하는 과정에서 정상적인 세포분화 궤적을 역행한다는 관찰 결과에 주목했다. 본래 세포가 정상적인 발달 과정을 거칠 경우, 여러 단계의 분화를 통해 각자 역할을 부여받게 된다. 미분화 상태의 줄기세포에서 여러 장기 세포 또는 조직 세포로 분화하는 것이다.

그러나 암 세포의 경우, 이 과정을 역행해 비정상적으로 성장하면서 분화하지 않은 형태로 돌아가게 된다. 이로 인해 통제되지 않은 방식으로 성장하고 분열하며 크기가 커지고 다른 영역으로 전이되는 것이다.

연구팀은 관찰한 내용을 토대로 ‘정상 세포의 분화 궤적’에 대한 유전자 네트워크의 디지털 트윈 모델(실제 시스템이나 프로세스의 가상 시뮬레이션 모델)을 제작하는 기술을 개발했다. 그런 다음 분석을 진행해 정상적인 세포분화를 유도하는 ‘마스터 분자 스위치’를 발굴했다. 

마스터 분자 스위치는 다른 유전자의 발현을 조절해 세포의 분화 방향을 결정하는 역할을 한다. 이를 통해 암 세포의 유전자 발현을 조절함으로써, 세포가 정상적인 분화 과정을 따르도록 유도하는 원리다.

 

다른 암에도 적용할 수 있는 원천기술

연구팀은 분자세포 실험 및 동물 실험을 통해 마스터 분자 스위치의 효과를 입증했다. 대장암 세포에 적용했을 때, 이를 정상화시킬 수 있음을 확인한 것이다. 이는 암 세포가 어떤 원리로 생겨나는지, 그에 대한 통제력을 어떻게 되찾을 수 있는지를 분석함으로써 발견해낸 원천기술이라 할 수 있다.

조광현 교수는 “암 세포가 정상 세포로 되돌아갈 수 있다는 것은 놀라운 현상”이라며 “이번 연구는 암 세포의 정상화를 체계적으로 유도해낼 수 있음을 증명한 것”이라고 말했다. 또한 조 교수는 “이번 연구는 ‘가역 치료’의 개념을 최초로 제시했던 성과들을 바탕으로, 암 가역화 치료 타겟을 발굴하는 원천기술을 개발한 것”이라고 강조했다.

이번 연구에서는 대장암 세포를 대상으로 검증했지만, 사실상 다른 암종에도 응용할 수 있는 원리를 포함하고 있다. 향후 응용을 통해 여러 암종에 대한 ‘암 가역 치료제’를 개발할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에 큰 의미가 있다.

이번 연구 결과는 와일리(Wiley)에서 출간하는 국제 저널 「어드밴스드 사이언드(Advanced Science)」에 온라인판으로 게재됐다.