의과학대학원 이흥규 교수 연구팀:
Supplementation with a high-glucose drink stimulates anti-tumor immune responses to glioblastoma via gut microbiota modulation - 「Cell Reports」
우리 학교 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀이 지난달 16일에 고 포도당 음료 공급으로 인한 교모세포종 항종양 면역반응을 규명했다고 밝혔다. 이 연구는 의과학대학원 김재호 박사가 제1 저자로 참여하여, 지난달 6일에 생명과학 분야 국제 학술지인 ‘셀 리포트(Cell Reports)’ 온라인판에 게재됐다.
종양과 항종양 면역반응, 그 사이의 장내 미생물
본 연구에서는 여러 뇌종양 중 교모세포종에 집중하여 연구했다. 일반적으로 종양은 발생하는 장기에 따라 분류를 하며 뇌종양은 뇌에서 발생한 종양이다. 세부적으로는 뇌에서 발생한 원발성 뇌종양과 다른 장기에서 전이되어 발병한 전이성 뇌종양이 있고, 교모세포종은 그 중 전자에 속한다. 특히 교모세포종은 뇌종양 중에서 가장 악성도가 높아서 현대의 사용 가능한 수술, 항암화학요법, 방사선치료같이 굉장히 종양에게 공격적인 치료를 시도해도 평균 생존율이 15개월 밖에 안되는 종양으로, 여태까지 교모세포종 치료 분야는 다른 암 치료 분야에 비해 별다른 발전이 없었지만, 이 연구가 그 돌파구가 될 수 있는 희망을 찾아냈다.
본 연구는 고 포도당 음료 공급과 항종양 면역반응의 연관성을 장내 미생물에서 풀어냈다. 장내 미생물은 이 연구에서는 항종양 면역반응을 조절하는 역할로 다루고 있지만, 실제로 영양소 소화 및 흡수, 국소적인 염증 반응 조절, 전신적인 면역 균형에도 영향을 미칠 수 있다. 최근 연구에서 장내 미생물은 사람의 신체적인 조절뿐만 아니라 더 나아가 정신 질환영역에도 영향을 줄 수 있음이 밝혀졌다. 특히 수많은 장내 미생물 중 어떤 균주나 균주의 집합체가 사람에게 어떠한 영향을 미치는지 중요하기 때문에 본 연구는 어떠한 장내 균주가 항종양 면역반응을 유도하는지 밝히는데 중점을 두고 진행되었다.
이렇게 장내 미생물의 영향을 받은 항종양 면역반응은 체내에서 타아를 구분하여 다른 물질을 공격 및 제거하는 시스템을 뜻하는 면역 시스템의 일종으로, 종양세포에 대해 나타나는 체내의 면역 반응을 일컫는다. 항종양 면역반응 내에서 면역 시스템은 어떻게든 종양 세포를 구분해서 공격하려고 하고, 종양 세포는 어떻게든 면역 시스템의 인식을 회피하려고 노력한다. 이 과정에서 관련된 연구는 보통 면역 세포가 종양 세포를 공격하는 과정을 살펴보고 면역 시스템이 종양을 더 쉽게 인식하여 공격할 수 있게 강화하는 방식으로 진행된다고 한다.
고 포도당 음료 섭취로 인한 항종양 면역반응 매커니즘
고 포도당 음료를 지속적으로 공급하면 비만, 당뇨 같은 대사질환뿐만 아니라 장내 미생물에도 영향을 준다. 고 포도당 음료에 의해 변한 장내 미생물에 대해 연구한 연구팀은 Desulfovibrionaceae family에 속한 균주가 특히 고 포도당 복용에 의해 증가하게 되며, 이 균주가 뇌종양 내의 T 세포를 활성화하여 세포독성 CD4+ T 세포의 양적 증가를 유도하는 것을 확인했다. 또한, 단일 세포 전사체 분석을 통해 원래는 큰 효과가 없었던 항 PD-1 항체 면역 치료를 고 포도당 음료 공급과 동시에 진행한다면 더 큰 상승작용이 있다는 점을 관측하였고, 실제로 뇌종양 내의 해당 균주가 항종양 면역반응의 상승을 유도하고 생존율을 증가시켰음을 입증하였다. 즉, 이번 연구의 의의는 항 PD-1 항체를 비롯한 면역치료가 뇌종양에서 큰 효과를 거두지 못한 기존 연구결과와 비교해, 장내 미생물의 조절을 통해 면역치료의 효과를 상승시킬 수 있는 것을 보여준 부분이다.
이 연구와 관련하여 제1 저자인 의과학대학원 김재호 박사는 운이 좋았다고 밝혔다. “포도당의 음료 복용을 통해 뇌종양의 항종양 면역반응이 나오려면 장내 미생물의 변화를 동반해야 해서 5주 이상의 시간에 동반되어야 하는데 처음에 설계한 실험은 2주 남짓한 짧은 복용 시간이었다”고 회상했다. “하지만 피치 못할 사정으로 휴가를 가는 바람에 5주 정도 오랜 기간 포도당 음료를 공급하게 되었는데, 덕분에 생존율 증가라는 흥미로운 결과를 얻을 수 있었다”고 얘기했다. 마지막으로, "연구와는 관련 없이 병원에서만 수련 받은 방사선종양학과 전문의로서, 좋은 기회를 잡아 KAIST 이흥규 교수님 연구실에 입학했는데 실험에 관해 아무것도 몰랐던 저를 받아주시고 지금까지 이끌어 주신 이흥규 교수님과 많은 응원 및 도움을 준 연구실 동료들에게 감사의 인사를 전한다"고 마무리했다.