과학기술이 발달한 현대 사회에서도 암은 여전히 정복되지 못하고 있다. 고통스러운 치료 과정보다 암 환자들을 더 힘들게 하는 것은 음식을 섭취해도 근육과 지방이 계속 감소하는 ‘암 악액질’이라고 하는 질환이다. 국내 연구진이 암 악액질을 차단할 수 있는 치료제 후보 물질을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 생명과학과, 의과학대학원, 교원창업기업 토르 테라퓨틱스 공동 연구팀은 암 악액질을 완화하는 항체 후보 물질 ‘GB2Ab’를 개발했다고 29일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 10월 28일 자에 실렸다. 암 악액질은 단순히 입맛이 없거나 음식을 적게 먹어서 살이 빠지는 상태와 달리 암 때문에 몸이 영양분을 이용하고 에너지를 쓰는 방식이 달라지면서 근육과 지방이 함께 줄어드는 합병증이다. 영양 공급만으로는 충분히 회복하기 어렵기 때문에 환자의 일상생활은 물론 항암 치료에도 어려움을 줘 완치를 방해하는 주요 요소로 꼽힌다. 이 과정에 관여하는 물질 중 하나가 ‘GDF15’라는 단백질이다. 암이나 심한 스트레스로 혈액 속 GDF15가 늘어나고 뇌간의 ‘GFRAL’ 수용체에 GDF15가 결합해 식욕을 떨어뜨리고 에너지 사용에 영향을 주는 신호를 전달한다. GDF15가 신호를 보내는 역할이라면 GFRAL은 이를 받아들이는 ‘수신기’다. 연구팀은 이 수신기를 항체로 막는 방법에 주목했다. 혈액 속 GDF15를 직접 붙잡는 것이 아니라 신호를 받아들이는 GFRAL 수용체를 차단한다는 것이다. 연구팀이 개발한 항체 GB2Ab는 이 수용체에 강하게 달라붙어 식욕 저하와 과도한 에너지 소모에 관여하는 신호 전달을 억제한다. 연구팀은 항체와 수용체가 결합한 입체 구조도 분석해 항체가 어느 부분에 어떻게 달라붙는지 작동 원리를 밝히고 이를 바탕으로 항체를 더 효율적으로 생산하고 안정적으로 유지할 수 있도록 했다. 연구팀은 이번에 개발한 물질을 대장암 세포를 이식해 암 악액질이 발생한 생쥐로 실험했다. 항체를 투여한 생쥐는 음식 섭취량이 회복됐고 종양 무게를 뺀 체중이 항체를 투여하지 않은 생쥐보다 약 20% 높았다. 물론 근육과 지방의 손실도 줄었다. 물체를 쥐는 힘인 악력도 측정했는데 항체를 투여한 생쥐의 악력은 투여하지 않은 생쥐보다 약 30% 높아 정상 생쥐의 약 90% 수준에 도달했다. 체중뿐 아니라 실제 힘을 내는 능력에서도 개선 효과를 확인했다. 또 항체를 투여하자 몸의 긴장 반응과 에너지 사용 등을 조절하는 교감신경의 과도한 활동도 감소했다. 이는 이번 항체가 먹는 양을 늘리는 데 더해 몸이 에너지를 지나치게 소모하는 과정도 완화할 수 있음을 보여준다. 이번 치료제 후보 물질은 종양 자체를 줄이는 것이 아니라 암으로 인해 몸이 쇠약해지는 것을 완화하는 데 목적이 있다. 기존 항암제와 함께 사용하면 환자가 체중과 근력을 유지하면서 치료를 이어갈 수 있게 해줄 것으로 기대된다. 다만 사람에게 사용하기 위해서는 추가 시험과 사람을 대상으로 하는 임상시험 과정을 거쳐야 한다. 김호민 생명과학과 교수는 “이번 연구는 암 악액질에 관여하는 신호를 차단하는 항체를 개발하고 작동 원리와 효과를 생쥐 실험에서 확인했다는 데 의미가 있다”고 밝혔다. 토르 테라퓨틱스 대표인 송민호 의과학대학원 교수는 “면역항암제와 함께 사용했을 때 효과를 확인하기 위한 후속 연구를 진행 중”이라며 “암 환자의 삶의 질을 높이고 항암 치료를 이어가는 데 도움을 줄 수 있는 치료제로 발전시킬 것”이라고 말했다.

아미노산의 한 종류인 시스테인이 체중 감량의 열쇠가 될 수 있다는 연구가 나왔다. 미국 뉴욕대 그로스먼 의대 연구진은 시스테인을 차단하자 생쥐의 몸무게가 일주일 만에 30%가량 줄어들었다는 실험 결과를 학술지 네이처에 게재했다. 시스테인은 육류, 달걀, 통곡물 등 고단백 식품에 많이 함유된 비필수 아미노산으로 필수 아미노산인 메티오닌을 통해 합성되기도 한다. 연구진은 시스테인 생성효소를 차단한 생쥐에게 시스테인이 함유되지 않은 식단을 제공했다. 시스테인을 완전히 차단하자 트레오닌, 히스티딘, 메티오닌 등 필수 아미노산 각각을 제한했을 때보다 더 큰 체중감소 효과가 나타났다. 시스테인 결핍 식단을 섭취한 생쥐는 일일 음식 섭취량이 30% 줄어들었으며, 체중이 31.5% 감소했다. 연구팀은 시스테인 결핍 식단이 식욕 부진을 일으킬 뿐만 아니라 다양한 경로로 체중 감소에 영향을 미친다고 밝혔다. 시스테인 결핍은 통합 스트레스 반응(IRS)과 산화 스트레스 반응(OSR)을 동시에 일으켰다. 이 두 스트레스 반응은 서로 증폭 작용해 스트레스 호르몬인 성장분화인자(GDF)15와 섬유아세포성장인자(FGF)21 생성으로 이어졌다. 스트레스 호르몬이 분비되면 위장 운동과 소화 효소 분비가 저하되어 식욕이 줄어들게 된다. GDF15와 FGF21은 비만 치료제 개발에 활용되기도 한다. 또 시스테인을 차단하자 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 코엔자임A(CoA) 수치가 급격히 낮아졌다. 체내 코엔자임A 수치가 감소하면 음식 섭취 후 대사 반응이 비효율적으로 이뤄져 섭취한 포도당이나 단백질이 에너지로 전환되지 못한 채 소변으로 배출된다. 이 때문에 지방을 연소해 에너지원으로 사용함으로써 급격한 체중 감소가 나타나는 것이다. 연구진은 이번 실험 결과를 바탕으로 시스테인을 적게 섭취하면 체중 감소에 도움이 될 것이라고 밝혔다. 다만 체중 감량을 위해 시스테인을 전부 차단하면 오히려 건강에 악영향을 끼칠 수 있어 주의가 필요하다. 시스테인은 우리 몸에서 중요한 생리적 기능을 담당하며 결핍 시 간 기능 저하, 면역력 저하, 염증 반응 증가, 탈모 등으로 이어진다. 또 시스테인은 대부분의 식품에 포함되어 있기 때문에 실험처럼 완전히 차단하기 어렵다. 연구진은 이에 대해 “식단에서 시스테인을 제거하기는 어렵겠지만 아미노산 함량이 낮고 과일과 채소 비중이 큰 식단을 유지하면 비슷한 효과를 볼 수 있을 것”이라고 전했다.

몇 년 전만 해도 사람 얼굴은 물론 웬만한 것은 적어 놓지 않고도 잘 기억했는데, 요즘은 깜박깜박할 때가 많다고 말하는 중년들이 많다. 이런저런 이유로 나타나는 뇌의 노화 때문이다. 그런데 중국 과학자들이 뇌의 노화에 관여하는 핵심 단백질을 발견해 눈길을 끈다. 중국 푸단대 의대 국립 신경질환 연구센터, 뇌·지능 과학기술연구소, 정저우대 제1 부속 병원 공동 연구팀은 인간 뇌의 노화와 관련된 핵심 단백질은 13개로, 이들 단백질의 혈중 농도 변화가 뇌의 노화 과정에 중대한 역할을 한다고 밝혔다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 노화’ 12월 10일 자에 실렸다. 2050년까지 전 세계적으로 65세 이상 인구는 약 15억 명을 초과할 것으로 예상된다. 고령 인구가 증가하면서 각종 질환을 앓는 인구도 증가할 것으로 보인다. 특히 치매와 같은 퇴행성 뇌신경 질환의 유병률은 노화와 함께 증가하는 것으로 알려졌지만, 효과적인 치료법은 여전히 없는 상황이다. 이 때문에 뇌의 노화를 조기에 식별하는 것은 매우 중요하다. 이에 연구팀은 대표적인 보건의료 빅데이터인 영국 바이오뱅크에 등록된 45~82세 1만 949명의 건강한 성인 남녀를 대상으로 수집한 다중 뇌 영상 데이터를 바탕으로 뇌 노화에 관여하는 지표를 조사했다. 연구팀은 연구 참여자의 혈장 속 3000여 개의 단백질 농도를 분석했다. 그 결과, 생물학적 뇌 노화와 강하게 연관된 단백질 13개를 찾았으며 중추신경계 단백질인 브레비칸(BCAN)과 관련 있는 것을 확인했다. BCAN과 스트레스에 연관된 것으로 알려진 GDF15는 치매, 뇌졸중, 운동 기능과 연관된 것을 발견했다. 연구팀에 따르면 13개의 단백질은 생물학적 뇌의 나이에 따라 뚜렷하게 변화했으며, 57세, 70세, 78세가 변곡점인 것을 관찰했다. 연구를 이끈 유진태 푸단대 의대 교수(신경학)는 “뇌의 생물학적 나이는 뇌의 부피와 표면적 같은 뇌 영상의 특징을 기반으로 한 예측 알고리즘을 사용해 추정할 수 있지만 혈액 내 단백질로 파악할 수도 있다”라며 “혈중 단백질 농도는 특정 나이에서 뇌 건강 변화를 더 정확하게 파악할 수 있다는 장점이 있다”고 말했다.

과학기술의 발달로 암은 더 이상 이전처럼 불치의 병이 아니다. 관리할 수 있는 질환이라는 인식이 강해지고 있지만 막상 환자들은 고통은 여전하다. 특히 암의 진행으로 체중이 감소하고 체력이 급속하게 떨어지는 ‘암 악액질’은 환자들을 힘들게 만드는 큰 부작용 중 하나이다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뉴바이올로지학과 연구팀은 화학 항암제 치료를 받는 환자에게서 흔히 나타나는 암 악액질을 효과적으로 개선할 수 있는 약물을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘악액질, 근감소증 및 근육 저널’에 실렸다. 악액질은 암 환자가 정상적인 음식 섭취를 통해 영양분을 보충해도 체중이 줄고 근육이 손실되는 전신 영양 부족 상태이다. 현재로서는 악액질을 치료할 수 있는 약물은 따로 없어 식욕 촉진제 같은 보존 요법만 제한적으로 쓰이고 있다. 연구팀은 최근 화학 항암요법에 따라 발생하는 악액질 발생이 GDF15/GFRAL/RET 축이라는 사실에 착안했다. GDF15는 스트레스 매개성 조절에 의해 분비되는 사이토카인으로 뇌 섭식 중추에서 수용체인 GFRAL과 공수용체 RET와 복합체 형성을 통해 신호전달을 조절하는 것으로 밝혀진 바 있다. 화학 항암제 같은 체내 스트레스 조건에 의해 증가하면서 악액질, 만성 질환에서 식욕 억제, 체중 감소를 유발하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 기존 대사 경로와는 독립적으로 GDF15/GFRAL/RET 축을 관찰했다. 그 결과 GFRAL의 길항제 항체를 통해 화학항암제 시스플라틴에 의해 유도되는 악액질 증상의 효과적인 개선을 유도할 수 있다는 점을 확인했다. GFRAL 길항제 항체는 시스플라틴뿐만 아니라 GDF15를 매개로 악액질을 유발하는 다양한 화학 항암제와 함께 사용할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예경무 DGIST 교수는 “기존 암 치료 전략은 주로 종양 제거와 생존에만 초점이 맞춰져 있다”라며 “이번에 개발한 항체 약물은 식욕 개선, 골격근, 지방 조직의 복구를 통해 암 환자의 삶의 질을 개선하고 지속적 항암 치료에 대한 효과를 높일 수 있을 것”이라고 설명했다.

대구대 생명공학과 장원구 교수 연구팀이 과도한 항산화 효과는 뼈 건강을 저해한다는 사실을 규명했다. 이번 연구는 항산화 효소인 nucleoredoxin like 1(NXNL1)이 조골전구세포 세포주 MC3T3-E1 세포에서 조골세포 분화를 억제한다는 내용이다. 활성산소종(ROS)은 반응성이 높은 산소화합물로 전자쌍을 이루지 못하는 전자가 있어 공격성이 강하고 정상적인 산소 대사 중에 발생하며, 자외선·방사선에 노출되거나 스트레스에 의해 발생할 수 있다. 과도하게 축적된 ROS가 세포 내 거대분자(탄수화물, 단백질, 지방, 핵산 등)를 공격해 세포 구조를 손상하는 상태를 ‘산화 스트레스라’고 한다. 생명체는 이러한 산화 스트레스로부터 자신을 보호하기 위해 항산화 시스템을 갖추고 있다. 장 교수 연구팀은 본 연구를 통해 세포 내 ROS의 수준을 조절하는 항산화 효소가 조골세포 분화에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 MC3T3-E1 세포에서 NXNL1이 발현되는지 확인했다. 그 결과 NXNL1은 growth differentiation factor 15(GDF15)에 의해 발현이 증가하고, 조골세포에서도 ROS를 감소시키는 항산화 작용을 하고 있음을 밝혔다. 장 교수는 “본 연구 결과는 과도한 항산화 효과는 오히려 뼈 건강을 해칠 수 있다는 것을 뒷받침하고 있으며 적정수준의 산화스트레스가 있어야 건강한 뼈를 유지할 수 있다는 것을 보여주는 결과이다”고 말했다.

과학과 의학기술이 발달하고 있지만 여전히 암은 정복되지 않는 골칫거리 질병 중 하나다. 암에 걸리면 여러 가지 증상이 나타나는데, 식욕 부진으로 인한 급격한 체중 감소가 가장 눈에 띈다. 과학자들이 암 환자의 급속한 체중 감소에 착안, 강력한 비만치료제를 개발해 주목받고 있다. 다국적 제약사 일라이릴리, 얀센 바이오테라퓨틱스, 덴마크 제약사 노보 노디스크 연구진이 암 환자에게서 흔히 발견되는 식욕 부진 현상을 응용한 강력한 비만치료제 후보물질을 찾는 데 성공했다. 연구진은 전립선암에 걸린 생쥐와 사람에게 식욕 부진 현상이 나타나는 동안 체내에서 ‘GDF15’ 단백질 농도가 높아진다는 점에 착안했다. 연구팀은 GDF15 단백질이 뇌의 GFRAL 유전자를 활성화시킨다는 사실을 확인했다. GFRAL 유전자는 뇌의 맨 아래쪽에서만 발견되는 것으로 정확한 기능은 아직까지 규명되지 않았지만 식욕조절 뉴런이 모여 있다는 사실을 이번 연구에서 알게 됐다. 연구팀은 실험용 생쥐와 집쥐, 원숭이를 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 고지방식과 함께 고용량의 GDF15를 동시에 섭취하도록 하고 나머지 한 그룹은 고지방식만 섭취하게 했다. 그 결과 고용량의 GDF15를 함께 섭취한 동물들은 하루 섭취량이 75%로 급감하는 동시에 체중과 체지방이 감소했다. 기존 비만치료제의 단점인 탈모나 잦은 배변 같은 부작용도 발견되지 않았다. 미국 코넬대 의대 캐서린 손더스 교수는 “미국 식품의약국(FDA)이 승인한 체중관리 약물은 5종류가 있지만 체중 감소 효과는 5~8%에 불과하다”며 “이번에 발견한 물질은 기존 체중관리 약품보다 효과는 좋고 부작용은 적은 것으로 확인되고 있는 만큼 기대감이 크다”고 설명했다. 연구 결과는 의약학 분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’ 8월 29일자에 각각 3편의 논문으로 발표됐다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr