‘세포밖 소포체 및 입자’ 분석, 암 조기 진단 가능성 찾아
연세암병원 종양내과 김한상 교수가 코넬 의대 데이빗 라이든 교수팀과의 공동 연구에서 암 조기 진단의 실마리가 될 새로운 종양 바이오마커(생체표지자)를 발견했다.

세포에서는 세포 기능 유지 및 신호전달을 위해 여러 가지 방법으로 다양한 크기의(30~150nm) 작은 막성 소포체 또는 입자를 분비한다. 이를 ‘세포밖 소포체 및 입자’라 정의한다. 연구팀은 세포 간 상호작용에 주요한 역할을 하는 세포밖 소포체 및 입자의 단백체를 분석해 종양 특이적 단백질을 찾고자 이번 연구를 기획했다.

김한상 교수는 공동 제1저자로 라이든 교수(교신저자)팀과 함께 인체 조직, 혈액 샘플, 림프액을 비롯한 426개 인체 유래 조직(총 18개 암종 포함)에서 세포밖 소포체 및 입자를 추출, 질량 분석기를 활용해 프로테오믹스 분석(발현되는 단백질의 종류와 양을 정밀하게 탐색)을 수행했다.

그 결과 VCAN, TNC, THBS2, SRRT, DNAJA1, DPYSL2, AHCY, PGK1, EHD2, ADH1B 등 종양의 유무와, 암의 종류까지 진단하는 데 활용할 수 있는 단백질 바이오마커들을 규명해냈다. 연구 결과 이들 단백질은 주변 정상 조직에 비해, 종양 조직에서 유래하는 세포밖 소포체에서 발현되는 양이 2배 이상에 이르는 것으로 나타났다.

랜덤 포레스트(Random Forest) 기법을 활용한 머신 러닝 모델에서도 발견된 바이오마커들의 활용 가능성을 확인했다. 종양 조직 유래 세포밖 소포체 및 입자를 활용한 테스트에서는 민감도가 90%, 특이도는 94%에 이르는 것으로 나타났고, 혈액 유래 세포밖 소포체 및 입자를 활용한 테스트에서는 민감도가 95%, 특이도는 90%인 것으로 분석됐다.

나아가 해당 바이오마커를 통해 종양의 존재 여부뿐만 아니라 발현 단백질의 패턴에 따라 췌장암, 폐암, 대장암, 흑색종 등 암의 종류까지 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

새로운 바이오마커를 활용한 신약 개발 연구 계획 중
김한상 교수는 “특정 바이오마커의 존재만으로 암 유무와 암종을 판단한다기보다는 이러한 바이오마커들의 존재를 종합적으로 분석해 암 발생 유무와 암종을 예측할 수 있다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 암의 조기 진단과 신약 개발을 위한 새로운 가능성을 열었다는 점에서 의미가 크다. 김한상 교수는 “이번 연구는 차세대 액체 생검 기술에 적용하여 암의 발생 유무 및 재발, 치료 반응 평가에 활용될 수 있을 것으로 보인다”면서 “향후 세포밖 소포체 및 입자 추출 방법의 고도화, 단백체 탐색 기술의 고도화, 분석 기술의 고도화와 함께 혈액 검사를 통한 암 조기 진단 등 임상적 적용 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

연구팀은 향후 다양한 암종에서 임상적 유용성을 검증하고 암 환자군과 건강한 사람을 대상으로 한 비교·대조 심화 연구도 진행해 나갈 계획이다. 나아가 이번 연구에서 새로이 발견한 바이오마커를 활용한 신약 개발 및 혈액 검사의 정확도를 기존 진단법과 비교하는 연구 또한 계획 중에 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 신진연구자지원 사업, 만성난치질환시스템의학 연구센터, 세브란스병원 의료질 향상을 위한 연구기금(SHRC) 및 연세대학교 의과대학 신진교수연구비 지원으로 이뤄졌다.

한편 이번 ‘세포밖 소포체 및 입자 단백체 분석을 통한 종양 바이오마커 탐색 연구(Extracellular Vesicle and Particle Biomarkers Define Multiple Human Cancers)’ 논문은 13일 셀(Cell, IF 38.637)에 게재됐다.