매년 10월만 되면 노벨상은 세계적으로 뜨거운 화두로 주목 받고 있다. 1895년 12월 10일 사망한 스웨덴의 발명가 겸 기업가였던 알프레드 노벨의 유언장에는 "내 재산을 성별·국적에 상관없이 물리학, 화학, 생리학·의학, 문학, 평화 등 분야에서 인류에게 가장 큰 공헌을 한 사람들에게 상금으로 수여한다"는 내용이 담겨 있었다. 그리고 이 유언을 토대로 1900년 노벨재단이 설립되었고 1901년부터 노벨상이 수여됐다.
2018 노벨 생리학상은 미국 텍사스대 MD 앤더슨 암센터 제임스 P. 앨리슨 교수와 혼조 다스쿠 교토대 교수가 받았다. 이들은 암 세포에 대항하는 면역 세포의 활동을 억제하는 역할을 하는 단백질의 존재를 발견하였는데 그 공로를 인정 받았다. 두 학자의 발견은 항암치료 분야에서”완전히 새로운 원칙을 정립했다”고 노벨위원회는 설명했다. 암 세포를 직접 공격하는 항암제를 투여하거나 방사선을 이용하는 방식의 기존 항암치료와는 크게 구별되기 때문이다.
암의 종류는 여러 가지지만, 공통점이 하나 있다. 그 내용인즉, 비정상적인 세포들이 걷잡을 수 없이 증식하여 건강한 기관과 조직으로 마구 퍼져 나간다는 것이다. 이런 암을 치료하기 위해 현재까지 발명된 항암제에는 문제점들이 있었다. 1세대 화학 항암제는 암세포뿐만이 아니라 정상 세포도 공격해 많은 부작용을 초래하였고 2세대 표적 항암제는 1세대 화학 항암제의 부작용을 최소화했지만 장기 투여에 따른 암세포 내성은 극복하지 못했다. 그리하여 탄생한 것이 면역 항암제이다.
면역계의 기본적인 속성은 자기(self)와 비자기(non-self)를 구별한 다음, 침입한 세균, 바이러스, 기타 위험요소들을 공격하여 제거하는 것이다. 이러한 방어망의 핵심은, 백혈구의 일종인 T 세포(T cell)다. T 세포는 수용체(receptor)라는 단백질을 갖고 있는데, 수용체는 비자기로 인식된 구조에 결합함으로써 면역계로 하여금 방어활동에 나서게 한다.
그러나 완전한 면역반응이 일어나려면 수용체만으로는 부족하며, T 세포의 악셀레이터로 작용하는 추가적인 단백질이 필요하다. 많은 과학자들이 이처럼 중요한 기초연구에 공헌하였다. 하지만 2018 노벨생리학상을 수상한 그들은 면역세포에 브레이크를 걸으로써 면역활성화를 억제하는 단백질도 발견했다. 결론적으로, 면역계를 제대로 조절하려면 악셀레이터와 브레이크의 미묘한 균형이 필요한 것으로 밝혀졌다. 다시 말해서 외래미생물을 충분히 공격하는 것도 좋지만, 면역계의 과도한 활성화를 삼감으로써 (건강한 세포와 조직을 파괴하는) 자가면역반응을 방지해야 한다.
1990년 후반대에 미국 UC 버클리의 제임스 P. 앨리슨은 T 세포의 CTLA-4라는 단백질을 연구했다. 그는 CTLA-4가 T 세포에 브레이크 거는 것을 관찰한 여러 명의 과학자들 중 한 명이었다. 다른 연구팀은 그 메커니즘을 자가면역질환 치료의 표적으로 이용했다. 그러나 앨리스는 전혀 다른 아이디어를 생각해 냈다. 그는 이미 CTLA-4에 결합하는 항체를 개발하여, 그 기능을 차단할 수 있었다. 그는 한걸음 더 나아가, 'CTLA-4를 차단할 경우, T 세포의 브레이크를 풀어 암세포를 공격하도록 자극할 수 있는지'를 연구하기 시작했다 앨리슨이 이끄는 연구진은 브레이크를 푸는 항체를 이용하여 항종양활성을 촉진함으로써, 암에 걸린 생쥐를 치료할 수 있었다. 제약사들이 별로 관심을 기울이지 않는 상황에서도 연구에 열중하여, 앨리슨은 인간의 암을 치료하는 전략을 개발하기에 이르렀다. 뒤이어 다른 연구팀들도 유망한 결과를 얻었고, 2010년의 중요한 임상시험에서 진행성 흑색종 환자들이 큰 효과를 보았다. 많은 환자들은 잔존하는 암의 징후가 사라졌는데, 그런 현저한 결과는 사상 유례가 없는 것이었다.
앨리슨보다 몇 년 앞선 1992년, 일본 교토 대학교의 혼조 타스쿠는 T 세포 표면에 발현된 또 하나의 단백질 PD-1을 발견했다. 그는 PD-1의 역할을 밝히기로 단단히 마음먹고, 몇 년간에 걸쳐 실시된 일련의 정교한 실험에서 PD-1의 기능을 세심하게 분석했다. 그 결과, PD-1은 CTLA-4와 유사한 브레이크로 기능하지만, 작동 메커니즘이 다른 것으로 밝혀졌다.
혼조와 다른 연구팀의 동물실험에서, PD-1 차단은 유망한 암 치료 전략인 것으로 밝혀졌다. 이로써 PD-1을 인간 환자 치료의 표적으로 활용하는 길이 열렸다. 임상시험이 줄을 이었고, 2012년 실시된 핵심연구에서 다양한 암 환자들이 완쾌된 것으로 나타났다. 그 결과는 너무 극적이어서 다양한 전이암 환자(metastatic cancer)들이 장기적 완화(remission) 및 치료에 이르렀다. 전이암은 종전에는 사실상 치료할 수 없는 것으로 간주되던 것이었다.
하지만, 이런 면역치료법도 무적은 아니다. 지금까지의 연구 결과에서는 10명 가운데 2~3명에서만 치료 효과가 나타나는 것으로 나왔다. 또한, 면역계가 활발하게 작용할 터전을 만들어주다 보니, 면역 세포들이 정상 세포마저 공격해 각종 질환을 일으킨다. 대표적인 부작용으로는 갑상선 질환, 간염, 페렴, 설사 등이 있다고 한다. 최근 한국에도 PD-1을 이용한 면역 항암제인 옵디보와 엠에스디등이 출시 되었다. 하지만, 1년 치료비가 1억원에 이르는 등 너무 비싼 가격도 문제가 되고 있다.
암이 불치병이긴 하나 현재의 치료법으로도 생존율이 70% 이상이라고 한다. 세 사람 중 두 사람 이상이 살아남을 정도로 의술이 발달했다. 그렇기 때문에 유전자 치료법 등 첨단 의료기술의 등장으로 머지않아 암의 정복을 기대할 수 있을 것이다.
ⓒ 2018학년도 2학기 바라던Bio
<작성자> 18-119 홍석찬
<분야> 의공학(biomedical engineering)
의공학(醫工學, 의용생체공학/생체의공학, biomedical engineering)은 보건진료의 용도를 위해 의료와 생물학의 설계 개념 및 공학원리가 융합된 응용분야이다. 이 분야는 공학과 의료 사이의 간극을 줄이도록 노력하고 있다. 진단, 관찰 및 치료를 포함하는 보건 치료를 개선하기 위해 의학과 생물학과 함께 공학의 기법으로 설계하고 문제를 푼다.
<참고 문헌>
1. https://www.huffingtonpost.kr/entry/story_kr_5bb20b5fe4b0c75759672522
2. http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=298153&SOURCE=6
3. https://news.joins.com/article/22630508
4. http://www.hani.co.kr/arti/society/health/743291.html
<이미지>
1. https://www.nobelprize.org/
2. http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=298153&SOURCE=6i