암세포는 왜 포도당을 발효시켜 에너지를 얻을까?

암세포만 골라 죽이는 CD8+ T세포(적색)는, 비만한 생쥐(하단)보다 비만하지 않은 생쥐(상단)의 종양에 더 많다.
[하버드의대 Ringel 등 제공 / 재판매 및 DB 금지]
우리 몸 안의 세포는 보통 산소에 의존하는 인산화 경로를 통해 에너지를 만든다.
그런데 암세포는 효율성이 더 높은 이 경로 대신, 포도당을 분해하는 에너지 대사를 선호한다.
암세포가 필요한 에너지를 확보할 때 산소로 포도당을 태우지 않고 효모균처럼 발효시킨다는 뜻이다
이렇게 하면 에너지를 신속하게 구할 수는 있지만, 대사 효율성은 크게 떨어진다.
독일의 오토 하인리히 바르부르크는 1921년 이 현상을 처음 발견해 노벨상을 받았다.
이를 '바르부르크 효과'(Warburg effect) 또는 '와버그 효과'라고 하는데 어떤 조직이 암인지 가리는 특징의 하나로 과학자들의 관심을 끌어왔다.
암세포가 이렇게 비효율적인 대사 경로를 고집하는 이유를 놓고 '암세포의 미토콘드리아 결함' 등 수많은 가설이 제기됐지만 사실로 입증된 건 아직 없다.
올해로 발견 100주년을 맞은 바르부르크 효과의 베일을 벗겨낼 것으로 기대되는 연구 결과가 나왔다.
암세포의 바르부르크 대사가 PI3라는 미토콘드리아 관련 효소의 활성화와 연관돼 있다는 게 요지다.
암세포가 계속해서 분열하고 성장하려면 PI3의 분자 신호가 필요하다는 게 이번에 밝혀졌다.
미국의 슬론 케터링 연구소 과학자들은 21일(현지 시각) 저널 '사이언스'(Science)에 관련 논문을 발표했다.

[슬론 케터링 연구소 홈페이지 캡처 /
이 연구를 주도한 리밍 박사는 PI3를 '세포 대사의 사령관'에 비유했다.
세포 분열을 포함해 세포 내에서 에너지가 쓰이는 일은 대부분 이 효소의 신호를 받아 시작된다고 한다.
리 박사 연구팀은 암세포와 비슷하게 바르부르크 대사에 의존하는 면역세포를 대상으로 실험했다.
병원체가 몸 안에 들어와 면역계에 비상이 걸리면 T세포는 바르부르크 대사로 전환해 감염에 맞서 싸울 병력을 증강했다.
이렇게 PI3의 활성도가 높아지면 세포가 분열하려는 힘도 강해졌다.
이런 식의 대사 전환을 조절하는 스위치 역할을 하는 게 바로 PI3의 신호로 생성되는 '젖산탈수소효소'(LDHA)였다.
이 스위치가 켜지면 T세포는 포도당의 일부만 분해해 신속하게 ATP(세포의 에너지 단위)를 만들었다.
산소 대사를 이용할 땐 덜 분해된 포도당 분자가 미토콘드리아로 이동해 추가로 ATP를 만드는 데 쓰였다.
다시 말해 산소 대사로 가면 에너지 대사의 효율성이 올라가지만, 신속성은 확연히 떨어진다.
생쥐 실험 결과, LDHA가 결핍된 T세포는 PI3의 활성 상태를 유지하지 못했고 감염 대응력도 떨어졌다.
리 박사는 "지금까지 이 분야의 연구는 성장 인자의 신호로 세포 대사가 일어난다는 가정 아래 이뤄졌다"라면서 "이와 반대로 LDHA 같은 대사 효소가 PI3를 통해 성장 인자의 신호를 자극하는 건 매우 흥미로운 발견"이라고 말했다.

신종 코로나 감염 생쥐의 심근 세포(우)에서 미토콘드리아(분홍색)가 파괴된 모습.
심근 세포의 이런 변화는 불규칙한 심장 박동과 심장 돌연사로 이어질 수 있다.
[UCLA 브로드 줄기세포 연구 센터 제공 / 재판매 및 DB 금지]
활성 면역 세포가 바르부르크 대사를 선호하는 이유도 비슷했다.
활발한 세포 분열을 통해 감염 퇴치 시스템을 강화하려면 신속한 ATP 생성이 필요하다는 것이다.
바르부르크 효과와 PI3 사이엔 '양(陽)의 되먹임 고리'(positive feedback loop)가 작동한다고 과학자들을 말한다.
일단 ATP를 확대 생산하는 프로그램이 작동하면, 감염의 뿌리가 뽑힐 때까지 멈추지 않는다는 의미다.
이런 실험 결과가 암세포에도 유사하게 적용된다는 것엔 의심의 여지가 없다.
리 박사는 "PI3는 암세포가 분열할 수 있게 성장 신호를 준다"라면서 "이는 암세포에서 과도하게 활성화하는 신호 경로 중 하나"라고 강조했다.
암세포가 바르부르크 대사에 의존하는 건 이 경로를 활성 상태로 유지해 지속적인 성장과 분열을 담보하기 위해서라고 리 박사는 강조한다.
이는 또한 '바르부르크 스위치'라 할 수 있는 LDHA의 활성화를 차단함으로써 암 종양의 성장을 억제하는 가능성도 제기한다.
299명의 요양원 거주자와 666명의 요양원 직원들을 포함해 약 1000명이 참여한 대규모 연구다. 이들에게 '밤라니비맙' 또는 위약을 예방 목적으로 투여하고 8주가 경과했을 때, 코로나19 증상이 나타날 확률은 57% 감소했다. 특히 '밤라니비맙'을 투여받은 요양원 거주자가 코로나19에 감염될 확률은 80% 낮았다. 연구기간 중 사망한 4명은 모두 위약을 투여받은 경우로, '밤라니비맙'을 투여받은 사람들 중에선 사망사례가 1건도 보고되지 않았다.
'밤라니비맙'은 코로나19에 감염됐다 완치된 환자의 혈액에서 항체를 추출해 대량생산해 만든 약이다. 비록 동료평가가 이뤄지지 않은 예비 결과지만, 경증 코로나19 환자의 증상 악화를 방지하는 기존 역할 외에 백신처럼 코로나19 감염을 일부 막는 예방 역할에 대한 가능성이 제기되고 있다. 최종 결과가 긍정적으로 확보된다면 제한적으로나마 백신 보완재로 활용될 수 있다는 의미다.
국내에서는 셀트리온이 비슷한 원리로 작동하는 코로나19 항체치료제 '렉키로나주(성분명 레그단비맙)를 개발하고 있다. 최근 폐렴을 동반한 50세 이상의 중등증 환자가 중증 환자로 발전될 확률을 68% 낮추고, 회복기간을 5~6일 이상 단축시킨다는 글로벌 임상2상 결과를 바탕으로 식약처에 조건부 허가 신청을 완료했다. 중앙약사심의위원회와 최종점검위원회의 자문을 거쳐 조건부허가 여부가 결정될 예정이다.
FDA, 오는 5월 말까지 승인 유무 결론 도출 전망
브리스톨 마이어스 스퀴브社(BMS)는 FDA가 항암제 ‘옵디보’(니볼루맙)의 적응증 추가 신청 건을 접수하면서 ‘신속심사’ 대상으로 지정했다고 20일 공표했다.
허가신청서가 제출된 ‘옵디보’의 새로운 적응증은 진행성 또는 전이성 위암, 위식도 접합부 암(GEJC) 또는 식도 선암종(腺癌腫?EAC) 환자들을 치료하기 위한 1차 약제로 ‘옵디보’를 플루오로피리미딘 및 백금착제 항암제 포함 항암화학요법제와 병용하는 용도이다.
임상 3상 ‘CheckMate-649 시험’에서 확보된 결과를 근거로 제출되었던 ‘옵디보’의 적응증 추가 신청 건과 관련, FDA는 처방약 유저피법(PDUFA)에 따라 오는 5월 25일까지 승인 유무에 대한 결론을 도출할 수 있을 것으로 보인다.
이날 BMS 측은 아울러 ‘옵디보’의 또 다른 적응증 신청 건이 FDA에 의해 접수되면서 ‘신속심사’ 대상으로 지정받았다고 공개했다.
신보조(neoadjuvant) 항암방사선 요법제를 사용해 치료를 진행한 후 보조요법 단계(adjuvant setting)의 절제 후 식도암 또는 위식도 접합부 암 환자들을 치료하기 위해 ‘옵디보’를 사용하는 용도가 그것이다.
FDA는 처방약 유저피법에 따라 오는 5월 20일까지 허가 여부를 결정할 수 있을 전망이다.
‘옵디보’와 플루오로피리미딘 및 백금착제 항암제 포함 항암화학요법제 병용 적응증 추가 신청 건과 관련, 브리스톨 마이어스 스퀴브社의 이언 M. 왁스먼 위장관계 항암제 개발 담당대표는 “오늘 FDA가 적응증 추가 신청 건을 접수한 것은 위장관계 암 공동체를 위해 중요한 진일보가 이루어졌음을 의미하는 것이자 진행성 위?식도암 환자들의 삶의 질 개선을 돕기 위해 BMS가 기울이고 있는 면역요법제 연구?개발에 가속도가 붙을 수 있게 되었음을 의미하는 것”이라며 환영의 뜻을 표시했다.
그는 뒤이어 “임상 3상 ‘CheckMate-649 시험’에서 도출된 긍정적인 결과가 임상현장을 바꿔놓을 수 있을 만한 것”이라면서 “FDA와 긴밀한 협력을 진행해 지난 10여년 동안 새로운 치료제가 선을 보이지 못했던 환자들에게 최초의 면역요법제 기반 치료대안이 공급될 수 있도록 힘쓸 것”이라고 다짐했다.
‘옵디보’와 플루오로피리미딘 및 백금착제 항암제 포함 항암화학요법제 병용 적응증 추가 신청서는 본임상 3상 ‘CheckMate-649 시험’에서 확보된 결과를 근거로 제출되었던 것이다.
이 시험에서 1차 약제로 ‘옵디보’와 류코보린, 5-플루오로우라실 및 옥살리플라틴(FOLFOX) 또는 카페시타빈 및 옥살리플라틴(CapeOX)을 병용투여한 절제수술 불가성 진행성 또는 전이성 위암, 위식도 접합부 암 및 식도 선암종 환자그룹은 항암화학요법제 단독투여群과 비교했을 때 통계적으로 괄목할 만한 총 생존기간 및 무진행 생존기간 개선효과가 입증됐다.
이 시험의 피험자들은 종양이 프로그램 세포사멸-리간드 1(PD-L1)을 동반하고 복합양성점수(CPS)가 5점 이상으로 나타난 환자들이었다.
통계적으로 괄목할 만한 총 생존기간 개선효과는 전체 무작위 분류 피험자 그룹에서 관찰됐다.
‘옵디보’와 항암화학요법제를 병용한 그룹에서 관찰된 안전성 프로필을 보면 지금까지 알려진 개별약물들의 안전성 프로필과 대동소이했다.
‘CheckMate-649 시험’은 위암, 위식도 접합부 암 및 식도 선암종 환자들을 대상으로 면역 관문 저해제 기반요법의 효과를 평가하기 위해 진행된 것으로는 최대 규모의 피험자 무작위 분류 글로벌 임상 3상 시험례이다.
한편 ‘옵디보’ 보조요법제 적응증 추가 신청 건과 관련, 이언 M. 왁스먼 위장관계 항암제 개발 담당대표는 “FDA가 허가신청서를 접수한 것이 초기단계의 식도암 또는 위식도 접합부 암 환자들을 위한 치료대안의 개발을 진행해 온 BMS에 중요한 진전이 이루어졌음을 의미한다”고 의의를 강조했다.
이에 따라 BMS는 ‘옵디보’가 아직까지 크게 충족되지 못한 의료상의 니즈가 존재하는 데다 여전히 재발 위험도가 높은 초기단계의 식도암 또는 위식도 접합부 암 환자들에게 사용될 수 있도록 하기 위해 FDA와 긴밀히 협력해 나갈 것이라고 왁스먼 대표는 덧붙였다.
‘옵디보’의 적응증 추가 신청서는 임상 3상 ‘CheckMate-577 시험’에서 확보된 자료에 근거를 두고 제출되었던 것이다.
이 시험은 초기단계의 식도암 또는 위식도 접합부 암 환자들을 위한 보조요법제를 사용했을 때 긍정적인 결과가 입증된 최초의 시험례이다.
실제로 시험결과를 보면 신보조 항암방사선 요법과 종양 절제를 진행한 이후의 식도암 또는 위식도 접합부 암 환자들의 무병 생존기간(DFS) 일차적 목표가 충족된 것으로 나타났다.
‘CheckMate-577 시험’에서 도출된 결과에 따르면 ‘옵디보’는 흑색종, 방광암 및 비소세포 폐암에 이어 식도암 및 위식도 접합부 암 등 4가지 유형의 종양들에서 초기단계에 나타내는 효과가 입증됐다.
이와 함께 ‘CheckMate-577 시험’에서 도출된 ‘옵디보’ 보조요법의 안전성 프로필은 선행 시험례들로부터 보고된 내용과 일치했다.