해리슨 내과학 종양질환 4. 암의 세포생물학과 혈관 형성

[문형철]

암의 세포생물학

그리고 신생혈관의 형성

암 유전학만큼 중요한 macro영역이다

암은 발생된 장소에 따라 이름이 붙여지는데 상피조직암을 암종(carcinoma)이라고 하며, 비상피(중간엽mesenchymal) 조직암을 육종(sarcoma), 혈구조직암을 백혈병(leukemia) 혹은 림프종(lymphoma)라고 함. 

거의 모든 암은 G1 검사점에서 S주기로 이행하는 하나 이상의 유전자 결함이 있음. 

만일 DNA에 손상이 일어나면 p53경로가 활성화됨. 유전자의 수호자로 알려진 p53전사인자는 보통 세포내에 아주 낮은 농도로 존재함. 정상적으로 p53 농도는 낮게 유지되며 mdm2발암유전자 산물과 결합하여 핵 밖으로 방출되어 단백분해과정을 겪음

Cancer cell biology and angiogenesis

암의 세포생물학

암은 조절되지 않은 세포성장과 조직침범 및 전이로 정의할 수 있음. 종양은 조직침범이 없이 조절되지 않은 상태에서 성장할때 양성종양(benign neoplasm)이라고 하며, 조직침범이 동반되며 조절되지 않은 상태에서 성장할때에 악성종양(malignant neoplasm)이라고 함. 암은 발생된 장소에 따라 이름이 붙여지는데 상피조직암을 암종(carcinoma)이라고 하며, 비상피(중간엽mesenchymal) 조직암을 육종(sarcoma), 혈구조직암을 백혈병(leukemia) 혹은 림프종(lymphoma)라고 함. 

암은 거의 항상 유전적 변화에 의해 일어나는 병임. 융모막암종(choriocarcinoma)은 예외가 될 수 있음. 융모막암종 세포를 동물의포배에 주입하면 배아로 자라도록 유도되어 정상몸구조를 갖춘 신생세포가 됨. 이러한 것은 비가역적인 유전적인 손상에서는 일어나기 어려울 것임. 

가끔 암에서 우성적인 유전자가 조절되지 않는 세포 성장을 유도하여 변화를 일으키는 경우가 있음. 만성 골수성 백혈병(abl)과 버킷림프종(c-myc)이 그 예임. 유전자 변화가 일어날때 세포성장을 촉진하게 되는데, 이를 종양유전자(oncogene)이라고 함. 이들은 먼저 동물에서 종양을 일으키는 바이러스 유전자라고 하였으며, 이후에 세포내에서 중요한 역할을 가지는 정상부분과 host에서 host로 전달됨. 

하지만 인간의 대부분 암들은 다발성 유전적 변이를 특징으로 하며, 각각은 세포성장과 분화의 소실로 이어지며, 조직침입과 혈관생성 등과 같은 능력을 얻음. 유전적 병변의 축적은 변성 표현형의 단계별 진행으로 이어지며 결장암에서 그 단계가 밝혀져 있음. 증식(hyperplasia)에서 샘종(adenoma)으로, 샘종에서 형성이상(dysplasia)으로, 형성이상에서 상피내암(carcinoma in situ)으로, 상피내암에서 침윤성 암(invasive cancer)로 진행함. 표 84-1

표 84-1. 암세포의 형태학적 특징

# 조절되지 않은 세포증식 ; 음성조절자의 소실(종양억제 유전자 즉 Rb, p53), 양성조절자의 증가(종양유전자 즉 Ras, Myc) 비정상적인 세포주기 조절과 정상 확인점 반응의 소실이 일어남.

# 분화의 실패 : 최종분화단계전 시기에서 정지가 일어남. 줄기세포의 특징을 가질 수 있음(염색체 전위의 유전자 산출에 의해서 발달 프로그램이 전사억제로 인하여 백혈병에서 흔하게 관찰됨)

# 정상 세포사멸 경로의 소실 : p53의 불활성화, Bcl-2 유전자 계열의 증가. 이러한 유전자들의 결함은 종양 돌연변이와 유전적 불안정성을 가진 세포의 생존을 증진시키며, 생리적인 세포사멸 경로의 활성화를 일으키지 않고 종양내 클론의 팽창과 다양성을 가짐.

# 유전학적 불안정성 : DNA 수정신호전달경로의 결함에 의해 단일 또는 수개의 염기돌연변이(미세위성 불안정)가 유도되거나 보다 흔한 염색체 불안정에 의해 aneuploidy가 발생함. p53, BRCA1/2, DNA과도수정 유전자들의 기능소실에 의해 일어남

# 복재성 노화의 소실 ; 정상세포들은 25-50회 배수증식후 세포분열을 중단함. 이러한 중단은 Rb, p16, 그리고 p53신호전달경로에 의해 매개됨. 그 이상의 복제는 telomere의 소실을 일으킴. 살아남은 세포들은 자주 염색체 이상을 가지게 됨. 

# 혈관신생의 증가 : 종양 또는 기질세포에 의한 혈관신생 촉진인자들의 유전자(VEGF, FGF, IL-8) 발현증가 또는 음성조절자(endostatin, tumstatin, thrombospondin)의 소실에 의하여 일어남.

# 침습 : 세포-세포의 접촉소실(gap junction, cadherens)과  matrix metalloprotein-ase(MMPs)의 증가. 고정된 상피세포와 함께 상피세포에서 간엽세포로 이행되는 형태(EMT)를 취하며 보다 유동적인 섬유모세포처럼 변화함. 

# 전이 : 암세포가 림프절 또는 먼 종양조직으로 확산되는 현상, 외부환경에서 종양세포가 생존할 수 있는 능력에 의해서 제한됨. 

# 면역체계의 회피 : MHC Class분자의 조절저하 : T세포 관용의 유도: 정상수지상세포의 저하 또는 T세포의 저해 : 항원소실 변이형 도는 클론 이소성

의문 : 면역체계의 회피가 원인이고 나머지는 결과일까? 

이러한 특성은 정상성인 세포에서는 발견할 수 없음. 사실 정상세포들은 조절되지 않는 성장과 침범에 대해 보호역할을 하고 있는 것임. 대부분의 장기에서 오직 원시적인 비기능성 세포들만이 활성화되어 분화하며, 세포가 분화하고 기능성을 획득한 후에는 증식할 수 있는 능력을 잃어버림. 원시세포의 팽창은 숙주내에서 어떠한 기능을 필요로 할때 일어나며 국소환경 혹은 호르몬 영향으로 인해 수용체가 신호를 얻음으로써 일어나게 됨. 이러한 신호가 없을때에 세포들은 신호를 얻음으로써 일어나게 됨. 이러한 신호가 없을때에 세포들은 휴지기에 있음. 하지만 휴지기에 있게 하는 원시세포의 신호에 대해서 아직 잘 알지 못하는 상태임. 재생하는 능력이 있는 간이 수술적으로 제거된 이후에 더이상 자라지 않는 것과 말초혈액세포가 정상으로 돌아올때 재생하는 골수가 더이상 자라지 않는 것으로 볼때 이러한 신호는 환경에 의한 영향이 큰 것으로 생각됨. 암 세포들은 이러한 조절기전에 대한 반응을 잃은 상태이며 우리가 아직 모르는 점이 많음. 

세포주기 검사점

정상세포들은 특정 유전적 변이에 의한 여러개의 조절기전을 가짐. 또한 여러 다양한 유전자에 의해서 여러 검사점에 의해서 조절됨. 첫번째 주기, G1기(간기 1)에서는 세포가 DNA합성을 쉽게 하도록 준비하는 시기임. 세포는 DNA합성 주기 혹은 S주기에 들어가기 전에 준비를 하고 DNA복제를 할 준비가 되었는지, DNA손상 오류를 교정할 준비가 되었는지, DNA복제효소들이 준비가 되었는지 충분한 뉴클레오티드가 준비되었는지, 에너지가 충분한지에 대비함. CDK(cyclin-dependent kinase)에 의한 망막모세포종 종양억제 단백(pRB)의 인산화 상태에 따라 세포가 S기로 넘어가야 할지, 즉 DNA를 합성해야 할지가 결정됨. 

망막모세포종 종양억제단백질이 인산화되면(pRB), S기를 조절하는 전사인자(E2F/DP1)를 내보내고 S기 진행에 필요한 유전자가 발현됨. 만약 DNA복제를 위한 준비가 되지 않았다면 P21, P16, P 등이 CDK를 억제함. 거의 모든 암은 G1 검사점에서 S주기로 이행하는 하나 이상의 유전자 결함이 있음. 

S기 이후에 세포들이 정확히 이배수로 복제될때 S기 검사점에서 다시 점검함. 모든 염색체들이 완전히 복제가 되었는지, 일부 DNA서열이 한번 이상 복제가 되지 않았는지, 정확한 염색체와 DNA양이 복제가 되었는지, 만일 그렇다면 세포는 G2로 진입하게 되는데, 이때 유사분열을 통해 새로운 핵속으로 넣어지고 세포질은 세포질 분열(cytokinesis)에 의해 두개의 딸 세포로 나뉘어짐. 

만일 DNA에 손상이 일어나면 p53경로가 활성화됨. 유전자의 수호자로 알려진 p53전사인자는 보통 세포내에 아주 낮은 농도로 존재함. 정상적으로 p53 농도는 낮게 유지되며 mdm2발암유전자 산물과 결합하여 핵 밖으로 방출되어 단백분해과정을 겪음. DNA가 손상되는 등의 자극에 반응하여 ATM(ataxia-telangiectasia mutated)경로가 활성화됨. ATM은 mdm2를 인산화시키고 이로써 p53과 더이상 결합하지 못하여 mdm2와 분리되며 p53 단백은 세포주기진행을 정지시키고 DNA손상 교정효소를 인도하거나 너무 손상이 큰 경우 세포사멸을 유발함. 그림 84-1

DNA손상과 종양유전자 검사점에 의한 p53의 유도 ; 유해작극에 대한 반응으로 p53과 mdm2는 하위신호전달 검사점 키나아제 Chk1과 Chk2뿐만 아니라 ataxia telangiectasia mutated(ATM)과 관련 ATR serine/theorine  키나아제에 의해 인산화됨. 이로 인하여 mdm2로부터 p53이 해리되어 p53단백질과 세포주기 정지(p21 cip/wall) 또는 세포지연사와 관련된 유전자들의 전사를 증가함. p53를 유도하는 인자는 저산소 분압, DNA손상(자외선, 감마방사선, 항암제), 리보뉴클레오티드 결핍, 텔로미어 길이감소 등이 포함됨. P53이 유도되는 두번째 기전은 비정상적인 G1/S주기 변환을 촉진하는 myc과 같은 유전자들에 의한 활성화임. 그 신호경로는 p16 ink4a의 유전정보를 가진 DNA의 동일 길이 중 양자택일의 reading frame에 암호화되어 있는 p14에 의해 조절됨. ...

두번째로 p53을 유도하는 자극으로는 p14 ARF임. ARF는 p53과 함게  mdm2에 경쟁적으로 결합하여 p 53 으로부터 유발되는 유전자의 일련의 활성이 일어날 수 있도록 구제하는 역할을 함. 그러면 p53은 p21과 같은 CDK억제제를 활성화시켜 세포주기를 정지시키거나 세포사멸 경로가 시작됨. 17p염색체에 있는 p53 유전자의 돌연변이는 암의 50%이상에서 나타남. 가장 흔하게 한족대립유전자에서 돌연번이가 나타나고 다른쪽 대립유전자에서는 결실이 일어나는데, 이 경우에 세포는 DNA에 손상을 주는 요소에 보호받지 못하게 됨. 

아플라톡신과 같은 일부 환경적 요인이 코돈 249에서 아르기닌을 세린으로 치환하여 간암을 일으키기도 함. 흔하지 않지만 Li-Fraumeni syndrome과 Familial cancer syndrome에서도 p53돌연변이가 나타남. p53이 없으면 염색체 불안정성이 나타나고 비정상세포가 증식과 생존을 할 수 있는 이점이 생겨 DNA손상이 축정됨. 대부분의 인체암에서는 Rb나 p53종양억제 경로를 건너뛰는 유전적 변이가 생김. 인간의 유두종 바이러스에서도 암으로 전환되는 단계에서 p53과 Rb이 중요한 것이 사실임. 이 바이러스는 E6과 E7, 이렇게 두가지의 발암 유전자를 가지는데 E6는 p53을 빠르게 전화시키는 역할을 하며 E7은 Rb기능을 억제하는 역할을 하며 암을 발생시킴. 

또 다른 세포주기 검사점은 세포가 분열하는 시점에서 나타남. 이 검사점들은 유사분열시에 염색체가 분열전 제대로 나열되지 않았지만 유사분열시 염색체가 분열전 제대로 나열되지 않거나 염색체 수가 비정상이거나, 중심절이 정확히 짝지어지지 않을때 세포는 세포사멸로 들어서 홀배수체 자손 생성을 방지함. 유사분열 검사점에 문제가 생기면 홀배수체(aneuploid)를 야기함. 또한 microsatellite instability 는 DNA mismatch repair gene의 결함으로 생김. 보통 암들은 염색체 개수 혹은 microsatellite instability의 결함을 가지고 있으나 둘다 가지고 있지는 않음. 이때 비정상적인 세포 주기검사점, 부적절한 DNA교정, 그리고 유전자 통합성 유지의 실패 등으로 인해 암이 발생함. 아직까지 암을 특정짓는  세포주기 조절과 관련된 결함에 대한 노력이 계속되고 있음. 

암은 틈새를 무시하는 장기

악성 종양을 유발하는 세포결함은 세포수준에서 일어남. 하지만 암은 고유한 기능을 상실한 장기처럼 행동하기도 하며, 정상적으로 성장을 억제하는 신호에 반응하지 않음. 인간 암은 지름이 1cm가 되면 임상적으로 발견이 가능하고 그러한 암은 보통 10에 9승개의 세포로 이루어짐. 대다수의 환자들은 10에 10새의 세포 혹은 그 이상으로 이루어진 암으로 발견되고 치명적인 암은 10 12승개에 다다름. 만약 진단 당시 암세포가 분열중이라면 환자들은 매우 짧은 시간내에 치명적인 암을 갖게 될 것임. 하지만 인간의 암은 곰페르지안(Gompertzian) 성장곡선에 따른 성장을 함.

즉 세포분열로 생성된 모든 딸세포가 세포분열을 하지는 않는다는 것임. 어떤 종양의 성장분율은 시간이 흐름에 따라 기하급수적으로 증가함. 첫번째 악성 세포의 성장분율이 100%라면, 환자가 병원에 왔을때에는 이미 성장 분율이 2-3% 혹은 그 이하일 것임.이 분율은 정상 골수와 정상 장점막 즉 가장 활발히 성장하는 정상조직과 같으며, 이는 분열하는 세포를 타깃으로 하는 약제들의 용량제한 독성(dose-limiting toxicity)을 설명함. 

이러한 점들로 미루어보아 암은 천천히 성장하고 있음을 알 수 있는데, 그러면 과연 어떻게 할 수 있을까? 암세포들은 임상적으로 발견될 당시에 이러한 성장능력은 감소하게 됨. 우리는 따라서 암이 어떻게 자신의 성장을 멈추는지 알아야 함. 암세포들이 성장을 멈추는 기전으로 저산소증으로 인한 영양과 에너지 부족을 들 수  있고, 세포주기를 완성하는 과정 중 너무 많은 유전적 손상을 입고, 세포사멸하는 능력을 잃었을 수도 있음. 하지만 중요한 점은 활발하게 분열하고 있는 것보다는 암덩어리가 치료에 의해 줄어들었을 때에도 다시 분열할 수 있는 능력을 가진다는 것임. 골수를 손상시키는 약제에 대해 골수가 활성화되듯이 암세포 수가 줄어드는 것을 감지하고 성장속도를 증가시키는 것임. 골수가 성장목표에 다다르면 성장을 멈추지만 암은 그렇지 않음. 

암의 장기목표가 숙주를 죽이는 것은 아님. 암이 차지하는 장기 틈새를 벗어나서 성장할때 실수를 범하는 것임. 이후에 정상세포가환경으로부터 "정지"신호에 대해 어떻게 반응하는지에 대해 알아보며, 어떻게 암세로들이 이러한 신호를 감지하는데 취약한지 알아보자. 

노화가 발암과정에 적합한가? 

정상세포를 체외에서 배양할때 대부분 지속적인 성장이 가능하지 않음. 하지만 섬유모세포는 예외임. 이들을 배양하면 섬유모세포는 30-50배로 분열하고 대부분의 세포가 분열을 정지하면 위기를 경험함. 이때 많은 세포들이 죽고 아주 일부는 조절되지 않는 성장을 허용하는 유전적 변이를 획득하게 됨. 이렇게 정상세포 배양시 성장이 멈추는 것을 노화라고 하며, 이러한 현상이 체외 실험에서 생리적으로 일어나는지에 대해서는 논란이 있음. 

DNA중합효소는 염색체 말단을 복제할수 없으므로 매 복제시기마다 염색체 말단의 특정부위가 소실되며 이를 종말체(텔로미어)라고부름. 태어날때 사람의 종말체는 약 15-20kB 정도의 길이를 가지며 6개의 핵산(TTAGGG)이 반복되는 구조를 가짐. 이 반복구조는 종말체에 결합하는 단백질과 함께 T-loop를 형성하여 DNA손상이나 절단으로부터 염색체 말단을 보호하게 됨. 세포분열기에 발생한 종말체 반복구조의 손실은 종말체의 단축을 유발하고 한개 혹은 두개의 결정적으로 짧은 종말체가 p53으로 저절되는 DNA손상 검사점을 자극할때 성장 정지(복제 노쇠 Replicative senscene)에 이르게 됨. pRB나 p53의 기능이 없는 상태의 세포라면 이 과정을 비껴나갈수 있으나 보호받지 못한 염색체말단이 다른 염색체와 융합하거나 재배열되면 세포는 사멸하게 됨. 

종말체로 인한 성장제한을 비껴갈 수 있는 능력은 모든 악성종양의 진화단계에서 필수적으로 획득해야 하며 종말체의 활성화로 가능해짐. 종말체는 염색체의 3` 말단에 TTAGGG 를 더하는 효소로 역정사효소능과 함께 이화부위가 존재하고 말단 확장의 주형을 제공하는 RNA를 함유함. 대부분의 정상체세포는 세포분열시마다 종말체의 마모를 막을 수 있는 충분한 양의 종말체를 가지고 있지 않음. 예외적인 세포는 조혈조직, 장과 피부, 생식세포에 존재하는 모세포가 있고, 이들은 조직의 항상성을 유지하기 위해 끊임없이 세포분열을 함. 인체 종양의 90%이상에서는 고농도의 종말체가 존재하고 이들이 종말체의 단축을 막아서 세포분열을 지속할수 있도록 함. 비생체 실험에서 종말체의 효소능을 억제하면 종양세포는 고사됨. 종양세포에서 종말체의 기능을 억제하기 위해 많은 노력이 진행중이며 작은 분자물질을 이용한 역전사 효소능의 차단이 중요한 표적이 되고 있음. 또한 종말체의 단백 성분은 종양관련항원으로 작용할 수 있고 백신으로 사용될 가능성도 있음. 

모든 종말체 기능은 세포분열과 관계가 있음. 따라서 종말체가 정상세포의 분화기능에 어떻게 관여하는지 알려져 있지 않음. 그럼에도 불구하고 종말체가 당뇨병과 심장혈관병 및 알츠하이머 병과 어떤 관련이 있는지에 대한 관심이 의학연구영역에서 높음. 폐섬유증과 같은 희귀한ㄴ 유전병에서 종말체 효소가 어떠한 유전적 결함을 일으키는지에 대해서 아직 모르는 부분이 많고 또한 앞으로 종말체의 단축과 유지가 인간의 질병과 암과 어떠한 관련이 있는지 배워야할 점이 많음.

암세포의 신호전달 경로

세포행동에 영향을 주는 신호는 인접세포, 세포가 위치한 형질, 멀리서 기인하는 호르몬 신호에서 올 수 있고, 세포 그자체로부터 오는 신호도 있음(autocrine signaling). 이러한 신호들은 보통 신호를 받는 세포의 신호전달경로를 활성화하여 활성화된 전사인자를 유도하여 세포형태 혹은 기능 혹은 새로운 목표를 달성하기 위한 효과를 획득함. 비록 신호전달경로가 다양한 결과를 가져오지만 많은 경로들이 다양한 단백질 혹은 당단백질과 지질 혹은 당지질, 그리고 인산기를 추가 혹은 제거하는 과정을 밟음. 주로 인산화와 탈인산화가 주 역할을 함. 단백 키나아제는 대부분 두가지로 나뉘어 하나는 타이로신 잔기에 영향을 주고, 다른 하나는 세린/트레오닌 잔기에 영향을 줌. 타이로신 키나아제는 신호전달 경로에서 매우 중요한 역할을 하고 이들은 세포막 단백 혹은 혈장막 구조물과 연결되어 있음. 그림 84-2.

설명 : 종양세포에서 신호전달 경로의 치료표적 ; 수용체 티로신키나제(TRKs)에 의해 활성화되는 세가지 중요한 신호전달경로는 1. 전종양 유전자인 Ras가 Grb2/mSOS 구아닌 핵산교환 인자에 의해 활성화되며 Raf와 연계하여 MEK나 ERK1/2같은 키나아제를 활성화시킴. 2. 활성화된 P13K가 세포막 지질인 PIP2를 PIP3로 인산화하여 PIP3는 세린/트레오닌 키나아제 PDK1과 Akt를 포함하는 많은 세포단백의 세포막 접합부위로 작용함. PDK1은 Akt나 mTOR같은 다양한 세포표적을 가지고 있으며 Akt는 표적단백을 인산화하여 세포자멸사에 저항하고 세포주기의 진행을 촉진시킴. 반면 mTOR와 그의 표적인 p70S6k는 세포 성장을 촉진하는 단백합성을 증가시킴. 3. PLC-감마의 활성화는 다이아실글리세롤(DAG)의 생성을 유도하고 세포내 칼슘을 증가시키며 PKC의 많은 이성체를 활성화시키고 칼슘/칼모듈린계에 의해 조절되는 다른 효소도 활성화함. 야누스 키나아제(JAK)는 핵과 활성화된 표적유전자 사이에 존재하는 STAT전사인자를 인산화시킴. 인테크린 수용체는 세포와 세포외기질의 상호작용을 조절하여 FAK나 세포질 골격의 조절에 관여하는 c-Src를 활성화시킴. 활성화된 많은 키나아제나 전사인자는 핵내로 이동하여 유전자 전사과정을 조절하며 선장인자와 같이 세포 표현형을 바꾸는 외부신호에 저항함. 핵내 표적은 Myc, AP-1, 혹은 혈청반응인자와 같은 전사인자나 CKDs 나 cyclins과 같은 세포주기 조절자 등이 포함됨. 이런 대부분의 경로의 억제제는 현재 인체 암치료제로 개발되고 있으며 이중 임상시험 단계의 약물은 파란색으로 표시함.

보통 타이로신 키나아제(tyrosine kinase) 활성도는 수명이 짧고 단백질 타이로신 탈산화제(protein tyrosine phosphotase)에 의해 역전이 됨. 하지만 많은 암에서 타이로신 키나아제 혹은 그들의 하위 경로구성 물질은 돌연변이, 유전자 증폭 혹은 염색체 전위에 의해 활성화 됨. 이러한 경로가 활성, 성장, 이동과 혈관 형성을 조절하기 때문에 암치료에 있어서 중요한 타킷이 되었음. 키나아제 활성을 억제하는 것이 암치료에 있어서 중요함. 상피세포 성장인자 돌연변이가 있는 폐암은 얼로니팁(erlotinib)과 제피티닙(gefitinib)에 매우 반응이 좋음. 표 84-2. 또한 anaplastic lymphoma kinase(AKL)가 활성화된 폐암은 ALK 억제제인 크리조티닙(crizotinib)에 반응이 좋음. BRAF가 과발현되어 있는 흑색종과 갑상선암에서는 BRAF 억제제가 효과가 좋음. 야누스 키나아제 억제제는 JAK2활성화가 주로 일어나는 골수증식증후군에서 활성을 가짐

이마티닙(imatinib)은 c-Abl(만성골수성백혈병), c-Kit(위장관기질종양) 혹은 PDGFR을 과발현하는 암(만성골수단핵수성 백혈병)에서 효과적이고 2세대 유사물인 다사티닙(dasatinib)과 닐로티닙은 더 효과적인 것으로 알려짐. 소라페닙과 수니티닙은 여러개의 키나아제를 억제하고 또한 광범위하게 검증되어 신장암과 간암에서 항종양 효과를 나타내는 것으로 밝혀졌음. 또한 mTOR 억제제인 템시로리무스(temsirolimus)도 신장암에서 효과적임. 이러한 치료약제들은 개인 차별화된 치료시대를 뜻하며 앞으로 치료반응을 예측하는 특정 분자적 변화를 감지하여 임상에서 치료제를 결정하게 될 것임.

하지만 이러한 치료들이 완치효과를 나타내는 것은 아님. 완치를 하기 어려운 이유에 대해서는 아직 정의되지 않았지만 일부 저항 메커니즘이 알려져 있음. 일부 암에서 키나아제 억제제에 대한 저항은 약제결합을 억제하는 형태로 나타나기도 함. 많은 키나아제 억제제는 ATP 결합부위에 경쟁적 억제제로 작용하는데 ATP는 인산화반응에서 인산제공자로서의 역할을 함. BCR-ABL 키나아제의 돌연변이는 ATP결합부위 (코돈 315에서 티로신이 아이소루신으로 변화)에서 일어나며 이마티닙 결합을 억제함. 다른 저항메커니즘은 다른 신호전달경로를 변경하여 억제된 경로를 우회하기도 함. 일부 키나아제 억제제는 발암유전자에 덜 특이적이기도 하며, 키나아제 억제제와 관련된 독성 때문에 암과 관련된 키나아제를 억제할 수 있는 용량으로 투여하기 어려움. 저항기전이 좀더 잘 정의되면 저항을 극볼할 이성적인 전략이 나타나게 될 것임.

항종양 효과를 높이는 또다른 전략은 서로 다른 항암제를 병합하는 요법임. 예를들어 c-Kit을 과발현하는 위장관기질종양에서 이마티닙에 대한 내성은 c-Kit내의 이차적인 변이에 의해 나타나며 많은 암종에서 다양한 표적을 지닌 키나아제 억제제인 수니티닙(sunitinib)은 c-Kit뿐만 아니라 PDGF와 VEGF수용체에도 작용함. 수니티닙은 미국식약청에 의해 imatinib 저항성을 가진 위장관 기질종양에서 혹은 이마티닙을 견딜수 없는 환자들에서 쓰임. 흥미롭게도 c-Kit의 11번 염색체에 돌연변이가 있는 경우는 이마티닙에 반응이 좋으나 9번 염색체에 돌연변이가 있는 암들은 수니티닙보다는 이마티닙에 더 반응이 좋음. 향후에는 위장관기질 종양치료는 c-Kit의 결함에 의해 결정될 수 있음.

아직 표적 단독치료제 단독으로 완치를 바라볼 수 없지만, 보조적 치료와 다른 효과적인 치료와 병합할 시에 완치되는 효과를 기대할 수 있음. 예를들어 항 CD20 항체인 리투시맙은 광범위 큰 B세포림프종에서 항암요법과 병행할때 완치율을 15-20%까지 향상시킬 수 있음. HER2수용체 양성인 유방암의 보조요법으로 HER2에 대한 항체인 트라스주맙(trastuzumab)을 사용하는 것이 재발율을 50% 가량 낮추는 것으로 보고되어 있음. 

Ras/MAP 키나아제 경로, 헤지호그 경로, 다양한 혈관신생경로와 PI3K 와 같은 인지질 신호경로와 지질분해요소들은 암세포 증식과 생존에 중요한 역할을 하며 이들에 대한 표적치료제도 개발중임. 새로운 약제의 개발전략 중 한가지는 종양유전자 중독임. 이러한 상황은 그림 84-3 종양세포가 종양유전자에서 활성화된 돌연변이를 개발하게 되어 이 경로가 우성적으로 작용하게 될때 발생함. 한가지 경로에 의존하는 것은 종양유전자 경로의 억제제에 취약하게 되는데, 예를들어 BRAF 돌연변이를 가진 세포들이 MEK억제제에 매우 민감한 것이 그 예임. 

설명 : 종양유전자 중독과 합성된 치명성(사망) : 패널 A . 정상세포들은 신호전달경로를 활성화시키는 주변환경 신호를 받아 세포주기 중 G1-> S주기 변환과 진행을 촉진시킴. 하나의 신호전달경로가 차단되면(어떤 표적저해제에 의한 경로 A)경로와 B와 중복성때문에 심각한 영향이 없음. 암세포에서는 종양돌연변이가 시간이 지나면서 활성화된  신호전달경로에 의존성을 갖게 되며 경로B와 C로부터 의미있는 신호입력이 소실됨. 경로 A에 대한 암세포의 의존성 또는 중독은 이 신호전달 경로의 분자들을 표적하는 저해제에 대해 높은 취약성을 가제게 함. 임상적으로 적절한 예는 Bcr-Abl(만성 골수성백혈병), 증폭된 HER2/neu(유방암), 과발현 또는 돌연변이를 가진 EGF 수용체(폐암)와 돌연변이가 발생한 BRAF(흑색종)임. 패널 B . 개별 유전자의 돌연변이는 세포에 의해관용되지만 두개의 유전자에서 모두 돌연변이가 존재하여 치명적인 상태가 유도될때 유전자들은 종합적인 치명성 관련을 가지고 있다고 말함. 예를들면, 돌연변이 유전자 a와 b가 종합적인 치명성 관련을 가지고 있다면 유전자의 소실은 세포를 다른 유전자의 기능에 의존하도록 만들게 됨을 의미함. 암세포에서 종양유전자의 기능이 소실되면(야생형은 유전자 A, 돌연변이형은 유전자 a) 암세포는 유전자 B가 신호전달분자인 다른 신호전달 경로에 의존성을 갖게 됨. 그림에서 보는 것처럼 유전자 B의 저해물질이 발견된다면, 정상회로를 손상시키지 않고 암세포를 사멸시킬 수 있음(유전자 A에 대한 야생형 기능유지). 종양억제 신호전달에서 결함이 확인된 어떤 세포주에서 유전적으로 동일한 세포주 짝을 이용하여 현재 대용량 스크리닝을 수행할 수 있음. 돌연변이 세포주를 선별적으로 상상할 수 있는 화합물이 발견 될 수 있음. 이런 화합물들의 표적들은 종양억제 신호전달에 대한 종합적인 치명성 관련을 가지고 있고 미래의 치료를 위한 잠재적 중요한 표적들임. 이러한 접근법은 염기가 일부 탈락된 종양억제 유전자들을 간접적으로 표적하는 신약의 발견을 가능케 하며, 생리학저긍로 적합한 종양표적들을 크게 넓히고 있음. 

많은 전사인자들은 인산화에 의해 활성화되며 티로신 혹은 세린/트레오닌 키나아제 억제제에 의해 억제됨. 전사인자 NF-kB는 p65와 p50으로 이루어진 이형이합체로 억제자인 IkB와 세포질내에서 결합되어 존재함. 성장인자나 사이토카인 신호에 반응하여 IKK(IkB kinase)라 불리는 키나아제는 IkB를 포스포릴화하여 유비쿼틴/프로테아좀 시스템에 의해 분해되도록 유도함. NF-kB 는 억제제가 없으면 핵으로 전위하여 종양세포의 생존과 관련된 많은 표적유전자들을 활성화시킴. 프로테아좀 억제제로 분류되는 신약은 IkB의 분해를 억제하여 NFkB활성을 방해함. 설명되지는 않으나 이 약제는 종야세포에만 선택적인 독성을 나타냄. 프로테아좀 억제제의 항암효과는 매우 복잡하며 여러가지 세포단백의 분해를 억제하는데 관여함. 이 중 한가지인 보르테조밉은 다발성 골수종환자에서 매우 탁월한 활성을 나타내었음. IKK억제제가 역시 개발되고 있으며 보다 선택적으로 Ikb의 분해를 차단하여 NFkB를 억제복합체에 묶어둘 것으로 예상됨.

에스트로겐 수요체(ERs)와 안드로겐 수용체는 스테로이드 호르몬의 핵수용체로 유방암과 전립선암을 치료하는 약제의 표적이 됨. 타목시펜은 ER 기능의 부분적인 작용제 및 길항제로 전이성 유방암의 종양관해를 유도하고, 술후 보조요법으로 사용할때는 재발을예방함. ER에 결합된 타목시펜은 전사활성을 조절하여 유방에서는 억제작용을, 뼈와 자궁내막에서는 상승작용을 나타냄. 선택적 에스트로겐 수용체 조절자(SERMs)는 ER작용의 보다 유효한 조절을 위해 개발되어 유방, 자궁, 난소에서는 에스트로겐 길항작용을 나타내고 뼈, 뇌, 심혈관계에는 에스트로겐 작용을 나타낼 것으로 기대되었음. 그러나 골밀도 감소 등의 부작용을 초래할 수 있음. 전사인자의 활성을 조절하는 약제의 개발은 향후 항암요법에 쓰일 약제를 개발하는데 매우 중요한 역할을 담당할 것임(90장)

암 유전자 전사의 후성적(epigenetics) 변화

염색질 구조는 세포분화와 조직 항상성을 유지하기 위해 유전자 전사단계의 순서를 조절함. 염색질 재편의 이상 유전자발현을 야기하고 미분화세포의 증식으로 암이 발생하게 됨. 후성적(epigenetics)변화는 적어도 세포분열의 1주기를 넘어서 지속적으로 존재하는 유전자 발현양상의 변화를 지칭하며 DNA코드의 변화로 야기된 것은 아니어야 함. 후생학적 변화는 CpG 이핵산내 사이토신 염기의 메틸화, 히스톤의 아세틸화 또는 메틸화 혹은 염색체 구조의 고위변화에 의해 매개된 염색질의 변화임. 그림 84-4

활성화된 유전자의 전사 조절부위는 보통 CpG 이핵산 구조가 빈번히 나타나는 CpG islands로 정상적으로는 메틸화되어 있지 않음.이 유전자의 발현은 억제 혹은 활성화 단백의 순간적인 상호작용에 의해 조절됨. 그러나 촉진부위가 과도하게 메틸화되는 것이 후성적으로 종양억제부위가 휴지기에 있는 암세포의 기전임. 두개의 대립유전자 중 한개가 변이 혹은 결손에 의해 불활성화되고 나머지 한개는 우성학적으로 발현이 억제되는 상황이 발암으로 이어지며 종양억제 유전자를 표적으로 한 유전자 휴기기전은 잘 알려져 있지 않음. 

중추 히스톤 H3 혹은 H4의 아미노 말단의 아세틸화는 염색질 구조가 열려서 전사가 일어나는 것을 촉진함. 히스톤 아세틸레에즈는 유전자 활성시기 동안 단계특이성 전사인자에 의해 촉진/강화지역으로 동원되는 활성화 복합체의 한 구성요소임. 히스톤 탈아세틸레이즈(HDACAs)는 전사억제자로 동원되며 유전자 전사가 시작되는 것을 방해함. 촉진 지역의 메틸화된 사이토신 잔여기는 DAC 활성을 가지는 단백복합체를 동원할 수 있는 메틸-사이토신-결합단백과 관련되어 있음. 염색질 구조의 허용 혹은 억제사이의균형은 주로 전사인자의 활성도와 유전자조절부위의 메틸화 상태에 따라 좌우됨.

유전자 전사의 유형은 모든 인체암에서 비정상적이며, 많은 예에서 후성적 변화가 일어남. 결손과 같은 DNA의 일차적인 유전적 변화와는 달리 후성적 변화는 가역적이므로 치료적 적븐의 표적이 됨. 췌장암, 다발성 골수종과 같은 인체종양에서 p16 ink4a 촉진자는 메틸화 과정을 통해 불활성화되면 CDK4/cyclin D가 활성화되고 pRb가 제기능을 못하게 됨. 신장암, 유방암, 대장암의 산발형에서 von Hippel-Lindau(VHL), breast cancer 1(BRCA1), serine/threeonine kinase 11(STK11) 유전자가 후성적으로 휴지기에 들어감. 다른 표적 유전자로는 p15 ink4b CDK 억제자, 글루타티온-S-트랜스퍼레이즈(반응성 산소족을 비독성화시킴), E-cadherin 분자 등이 있음. 후성적 휴지화는 전암 병변에서도 발생하며 DNA회복에 관여하는 유전자에 영향을 미쳐 다른 유전자 손상이 일어나게 됨. 예를들어 유전성 비폴립성 대장암에서 MLH1은 DNA합성과정에서 발생하는 잘못 결합된 염기서열을 수선하는데 중요한 역할을 수행함. O6-methylguanine-DNA methyltransferase는 DNA로부터 알킬화된 구아닌을 제거하는데 대장암, 폐암 그리고 림프계 종양에서 종종 휴지기가 있음. 

많은 인체 백혈병은 염색체 전위를 가지며 염색질 구조를 바꾸는 효소활성도를 가진 새로운 융합단백을 만듬. 대부분의 급성 전골수성 백혈병에서 관찰되는 t(15:17)에 의해 생성된 PML-RARa 융합단백은 레티놀산 반응기를 포함한 촉진자에 결합하여 HDAC을 동원시켜 유전자 발현을 효과적으로 방해함. 

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세포사멸

조직의 항상성은 오래되고 최종적으로 분화된 세포의 소멸과 전구체의 증식에 의한 재생간의 균형을 요구함. 간세포의 성장조절 유전자에 생긴 손상은 숙주에 매우 큰 재앙을 가져올 수도 있음. 하지만 종양유전자 혹은 종양억제 유전자의 활성을 일으키는 유전적 변화가 나타나면 세포의 사멸 대신 조절되지 않는 세포증식으로 이어지기도 함. 후생동물은 정상 성장의 조절기능을 잃은 세포들의 예정된 세포고사를 유도할 수 있는 유전프로그램을 개발하였고, 이 과정을 세포사멸이라고 함. 세포 안팎의 신호는 세포주기의 핵심이 되는 효소를 활성화시켜 세포분열을 조절하며, 세포고사와 생존을 조절함.

세포사멸은 크게 두가지 경로로 유도됨. 그림 84-5. 외부경로는 CD95(Fas)와 그 배위자(CD95L), DR4나 DR5와 그 배위자인 TRAIL결합과 같은 종양괴사인자(TNF0 수용체족의 교차결합에 의해 활성화됨. 

설명 : 종양에서의 비정상적인 생존경로를 극복하기 위한 치료접근 : 1. 세포자멸사의 외부경로는 TRAIL(고사수용체 4와 5의 리간드) 혹은 길항 단클론 항체에 의해 선택적으로 유도됨. 2. ...

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종양세포가 더 악성 형질을 가지게 진화하는 과정은 세포자멸사 과정을 회피하여 생존하도록 광범위한 유전자 변화가 생기는 것임. 세포자멸사에 저항성을 가지게 되면 암발생뿐만 아니라 항암치료에도 내성을 나타냄. 그러나 암세포의 변형된 생리기능은 세포자멸사를 표적으로 하는 치료에 정상세포보다 민감하게 반응하도록 만듬. 예를들어 t(14:18) 전위에 의해 Bcl-2이 과발현되면 소포림프종이 발생함. Bcl-2 과발현은 악성 림프종, 전립선암, 유방암 및 페암과 흑색종에서도 나타남. 세포자멸사에 저항하는 Bcl-2계열을 표적으로 하는 여러개의 저분자량화합물이 개발중임. 이들은 Bcl-2나 Bcl-XL과 결합하여, 사멸을 유도하는 BH3연관 단백을 방해하지 않도록 함. Bcl-2나 Bcl-XL에 항세포자멸사 활성을 방해하는 1세대 약물과 좀더 나은 고친화성 유도체들이 빠른 시일내에 임상시험에 들어갈 예정임. 

전임상시험에서 사멸수용체 DR4와 DR5를 목표로 하는 재조합, 수용성, 사람 TRAIL 혹은 사람의 단클론항체는 DR4 혹은 DR5를유도하여 정상세포는 유지하고 암세포의 자멸사를 유도할 수 있음. 이러한 특징은 decoy 억제제 혹은 세포내 억제제 상승을 들 수 있음. 한 예로 불일치 수복의 결과로 나타난 Bax단백의 변이를 가진 대장암의 일부에서 TRAIL에 저항성을 보이지만 항암제를 주입하여 Bak이 상향 조절되면 TRAIL의 기능을 회복시켜 미토콘드리아에서 세포자멸사 과정을 활성화시킴. 하지만 아직까지 세포잘멸사의 외적활성화가 임상적인 활성을 보이는 것이 임상시험에서 증명되지 않았음. 

많은 신호전달체계는 암세포에서 암세포의 생존을 증진시키는 쪽으로 변형되어 있음. PI3K/Akt 경로의 활성화나 NF-kB 전사인자의 수치증가, APAF-1이나 caspase-8과 같은 유전자의 후성적 휴지 등이 변형된 결과임. 이런 경로 하나하나가 치료의 표적이 되어 종양세포가 세포자멸사에 취약하게 만들 수 있고 항암체와 함께 작용하여 상승작용을 나타낼 수 있음. 

일부 종양에서는 다제내성을 매개하는 ATP-의존성 유출펌프의 한 가지 이상의 ABC족의 발현을 통해 약제가 유도하는 세포자멸사에 저항함. 대표적인 예로 P-당단백(PGP)은 길이가 혈장막의 12배로 2개의 ATP결합부위가 존재하며 소수성을 띤 안스라사이클린이나 빈카 알칼로이드 약제는 PGP에 의해 인지되어 세포내로 들어가며 다시 세포외로 방출됨. 약제 내성을 극복하기 위한 많은 PGP 억제제를 이용한 임상시험이 실패하였으며 ABC이송자 역시 다른 기질특이성을 가지나 한가지 약제만으로 다제내성을 극복하기에는 부족함. 수송자에 높은 친화성을 가지면서 보다 나은 약동학을 갖는 새로운 약제들이 개발되고 있음. 

전이

조직침습의 세가지 중요한 양상은 1) 세포의 기저막 유착 2) 기저막의 국소적인 단백용해 3) 기저막과 세포외교질 사이의 벌어진 틈을 이용한 세포의 이동. 악성종양세포는 순환계로 접근을 허용받은 이후 다른 전이병소에 도착하여 상기과정을 거꾸로 밟으며 국소성장을 지지해줄 혈관을 생성함. 현재까지는 전이를 표적으로 하는 약제가 많지 않음. Metallporoteinase 억제제는 종양세포가 혈관 혹은 림프관으로 이동하는 초동단계에서 억제작용을 나타냄. 전이의 속도를 제한하는 열쇠는 새로운 미세환경에서 종양세포가 생존하여 팽창하는 능력과 다단계의 숙주-종양 상호작용에 달려있음. 그림 84-6

설명 : 종양신호 전달경로는 종양진행동안 활성화되고 전이능을 촉진함. 이 그림은 여러 환경적 신호하에서 상피세포로부터 간엽세포로의 이행(EMT)하는 암세포를 보여주고 있음. 중요한 요소들은 활성화된 HGF(tranforming growth factor)/c-Met 신호전달, 그리고 세포-세포, 세포-세포외 기질 상호작용을 매개하는 세포부착분자들의 발현변화 등임. 유전자 발현에서 중요한 변화들은 전사억업인자 중 Snail과 Twist계열에 의해 조절되며(이들의 발현은 종양신호전달에 의해 유도됨), 상피세포들  사이에 세포부착접합의중요한 요소인 E-cadherin의 증가와 함께 integrin발현의 변화(세포운동의 중요한 세포-세포외 기질 결합을 매개)와 cytokeratine에서 vimentine으로 중간형태의 필라멘트 발현의 변화는 부착능이 높은 상피세포로부터의 섬유모세포 또는 간엽세포의 형태를 보이는 운동성, 침습성 세포로의 형태학적인 변화를 유도하게 됨. 간엽세포이행은 일부 인체 암에서 암전이을 유도하는 중요한 단계로 생각됨. 종양관련 섬유모세포와 대식세포를 포함하는 숙주간질세포들은 성장인자와 혈관신생 사이토카인, 그리고 기저막을 분해하는 matrix metalloproteinases등을 분비함으로서 종양세포의 생물학적 성질을 조절하는데 중요한 역할을 함. VEDF-A, C 그리고 D는 저산소 분압 또는 종양신호에 대한 반응으로 종양세포와 기저세포에 의해 생성되며, 새로운 혈관과 림프관 생성을 유도해서 암세포가 림프절 또는 조직으로 전이할 수 있도록 함. 

전이 표현형이 원발 종양을 이루는 모든 세포를 대표할 수는 없음. 종양의 진행에 따라 이런 능력을 가진 클론으로 변성되는지 여부는 아직 풀어야 할 숙제임. 몇가지 전이억제 유전자가 정상적으로 새로운 환경에서 미세전이암의 성장을 억제하는 것이 밝혀져 있음. 이러한 유전자 기능의 소실은 전이를 촉진하는데, 그 기전은 상세하 밝혀져 있지 않음. 조만간 원발종양 중 전이 위험성이 높은 종양을 선발하고 특이 억제제를 이용한 종양의 확장을 차단하는 일이 현실화될 것이다. 유전자 발현프로파일을 통해 이용한 원발 종양의 유전자 발현 양상을 분석해보면 전이 가능성을 가늠할 수 있음. 

뼈전이는 심한 통증을 수반하고 체중이 실리는 부위는 병적골절이 발생하며, 고칼슘 혈증을 야기하므로 암환자에서 이환상태의 주요 원인이 됨. 파골세포와 그 전구세포는 분화와 활성화에 필요한 표면수용체인 RANK(receptor activator of NF-kB)를 발현하고 있음. 골모세포와 다른 기질세포는 세포막에 결합되거나 용해성 리간드 형태의 RANK 리간드를 발현함. Osteoprotegrin(OPG)은 RANK 리간드의 용해성 수용체로 RANK활성화를 억제하는 decoy수용체로 작용함. RANK 리간드와 OPG간의 상대적인 균형은 파골세포의 RANK활성도를 좌우함. 많은 종양세포는 부갑상선호르몬(PTH), PTH-연관 펩티드, 인터루킨-1 혹은 Mip1과 같은 물질의 분비로 파골세포를 활성화시키며 골 재구성의 균형을 RANK신호를 증가시키는 쪽으로 몰아감. 다발성 골수종에서 종양세포-기질세포 상호작용이 파골세포를 활성화하고 골모세포를 억제하는 쪽으로 작용하여 다발성 골융해성 병변을 야기함. 재조합 OPG나 RANK-Fc를 정맥내 투여하면 RANK 리간드가 억제되어 골파괴의 진행을 차단할 수 있음. 비스포스포네이트는 파골세포 기능을 억제하는데 효과적임. RANK 하향신호전달 체계와 골병변을 조절하는 기전을 이해하면 골파괴를 예방하고 뼈재생과 전이 종양세포를 없애는 방법까지 개발할 수 있을 것임. 

암 줄기세포

종양내의 오직 작은 분량의 세포들만 생체 외에서 군집을 형성하거나 면역이 억제된 NOD/SCID쥐에서 효율적으로 암을 형성함. 급성 골수성 백혈병과 만성골수성 백혈병은 줄기세포 특징을 가지는 적은 비율의 세포(<1%)들이 있는데, 무한한 재생능력을 가지며 쥐에 이식되었을때 백혈병을 일으킬 수 있음. 이러한 세포들은 미분화된 표현형을 가지며 정상줄기세포와 비슷하지만 항성성이조절되지 않음. 그림 84-7

설명 : 암 줄기세포들은 악성종양의 시작, 진행 그리고 치료에 대한 저항성 발현에 중요한 역할을 함. 정상조직에서 항상성은 줄기세포의 비대칭적 분열에 의해 유지되며 분화하게 될 한개의 기원세포와 줄기세포군을 유지할 한개의 세포가 유도됨. 이러한 현상은 골수내 조골세포와 가까운 연접부위 또는 결장 음와 기저부와 같은 각 조직마다 독특한 위치에서 일어남. 베타-카테닌과 telomerase의 증가뿐 아니라 Sonic hedgehog 또는 Notch-리간드와 같은 기질세포로 부터의 파라크린 신호는 제한받지 않는 자가 재생을 특징으로 하는 줄기세포를 유지하고 세포분화 또는 세포사멸을 방지하는 것을 돕게됨. ...... 암줄기세포 가설은 현재의 암치료가 많은 암세포를 살상하는데 효과적일 수 있으나 줄기세포를 사멸시킬수 없기 때문에 종양이 다시 성장해서 암의 재발 또는 진행으로 이어짐. 암 줄기세포만의 독특한 분자학적 특징을 찾기위해 연구가 진행되고 있으며, 직접 줄기세포를 표적하는 새로운 표적약물의 개발이 가능할 것으로 예상됨.

고형암도 줄기세포를 포함할 수 있음. 암줄기세포는 다른 정상부위에 비해 무한한 증식능력을 가지며 역설적이지만 매우 느린 세포주기를 겪게 됨. 암성장은 줄기세포의 팽창으로 일어나며 조절되지 않는 인구증폭과 세포자멸사 경로의 실패가 동반됨. 느린 속도로 성장하는 세포주기와 항고사인자 Bcl-2 구성원의 높은 발현과  MDR그룹의 약물펌프는 암줄기세포를 항암치료 혹은 방사선 치료에 덜 취약하게 됨. 암을 치료하는데 가장 어려운 점은 현재 사용하는 치료제가 줄기세포를 죽이지 않는다는 점임. 만일 암줄기세포가 발견되어 선정될 수 있다면 정상세포에서 이러한 세포들을 구별할 수 있고 표적치료의 목표가 될 것임.

종양 유전자와 종합적인 치명성

종양유전자의 중독과 종합적인 치명성은 종양유전자나 종양억제 유전자를 목표로 하는 신약개발을 촉진시켰음. 이 장의 앞부분과 그림 84-3에서 보았듯이 암세포는 신호전달경로에 의존하여 활성화된 종양유전자를 가짐. 이는 증식 Ras, BRAF, 돌연변이, Myc과발현 혹은 활성화된 타이로신 키나아제 성장(Bcl-2 혹은 NF-kB의 과발현), 세포대사와 혈관형성에 영향을 미침. 이러한 경우 신호 경로이 표적치료는 특정암세포를 죽일 수 있음. 하지만 종양억제 유전자의 결함을 타깃으로 하는 돌연변이의 타깃은 종종 삭제되기 때문에 더 어려움. 하지만 종양억제 경로와 종합적인 치명성을 가진 유전자를 발견하게 되면 암세포를 타깃으로 하는 단백을 허락할 수 있을 것임. 

여러가지 예가 발견됨. 에를들어 von-Hippel-Lindau 종양억제 유전자는 신장암의 60%에서 발견되고, HIF-1알파의 과발현을 유도하며 그에 따라 혈관형성, 증식, 생존과 당대사 변화를 촉진하는 하위경로 유전자들을 활성화시킴. HIF-1알파 mRNA는 복잡한 5`-말단기를 가지고 있으며, 효과적인 단백전사를 위해 mTOR의 간접적인 활성을 필요로 함. mTOR억제제는 HIF-1알파 전위를 가지며 신세포암에서 놀라운 임상효과를 보임. 이런 경우 mTOR는 VHL 손실에 매우 치명적임. 이론적으로 이는 다른 종양억제유전자를 통하고 새로운 목표 의존적인 치료제 개발에 종합적인 치명성을 가진 유전적 선별을 위한 틀을 제공할 것임. 

종양혈관 형성

원발 종양과 전이 종양이 수밀리미터 이상의 크기로 성장하려면 주변 혈관의 동원이 필수적이며 혈관 내피세포는 그들의 대사에 필요한 요소를 공급해야 함. 이는 산소확산능이 100nm이하의 조직으로 한정되기 때문이며 고형종양이나 림프종, 급성 백혈병, 다발성 골수종과 같은 혈액종양에서 공통된다. 원발 종양의 성장과 전이병소의 형성에 중요한 요소는 종양이 새로운 모세혈관을 기존의 숙주혈관으로부터 만드는 능력임. 혈관형성의 스위치는 종양발달에서 종양이 주위 환경에 미치는 영향으로 인해 혈관을 형성하는 쪽으로 다이내믹한 균형이 기우는 단계임. 종양 혈관형성을 자극하는 요인은 저산소증과 염증, 그리고 종양이 발현하는 유전적 변화 등임. 혈관 형성은 성장인자의 혈관 내피세포 자극, 단백분해효소의 세포외 기질 분해, 내피세포의 증식과 종양으로의 이동, 새로운 모세혈관의 형성으로 이루어짐. 

종양의 혈관은 정상이 아님. 그들은 혼돈스러운 구조와 혈류를 갖음. Vascular endothelial growth factor(VEGF)나 angiopoietin같은 혈관 형성 조절자의 불균형으로 말미암아 종종 혈관은 굴곡이 심하고 불규칙한 내경을 가진 채 확장되어 있으며 많은 곁가지와 우회가 생김. 종양내 혈류는 매우 불규칙해서 저산소증과 산증이 발생하는 영역이 존재하며 이런 환경요인이 저산소증-유발과 산증이 발생하는 영역이 존재하며 이런 환경요인이 저산소증-유발세포자멸사에 저항하는 변이를 유발함.(종종 p53변이를 동반함). 종양 혈관벽은 많은 개구가 있고 내피세포간 결합이 느슨해지며 기저막이 일부 소실되기도 함. 이로 인해 혈관투과성이 증가하고 종양 안에 림프관이 없으므로 기질압력이 올라가게 됨(항암 약제의 종양내 전달이 안되게 함. 그림 84-8, 9, 10) . 종양혈관은 혈관주위 세포나 평활근 세포 같은 조직의 대사요구도에 반응하는 혈관주위 세포가 없음. 

정상혈관과는 달리 종양혈관의 내피는 균질하지 않고 일부는 내피세포와 종양세포가 혼재된 모자이크 구조임. 종양세포로 유사구조를 만듬. 종양세포가 실제 혈관의 구조적 성분인지 아니면 혈관내로 혹은 밖으로 종양세포가 이동중인 상황인지에 대해서는 아직 불명확함. 그러나 일부 인체 대장암에서 종양세포가 전체 혈관에서 발견되는 휴지기의 내피세포는 이중 0.01%만 분열함. 종양혈관 형성 중의 내피세포는 매우 증식성이 강하며 활성화된 내피의 특징적인 성장인자 수용체나 인테그린같은 유착분자를 혈장막 단백으로 발현함. 

종양혈관 형성기전

종양은 혈관형성을 증진하는 여러가지 기전을 이용함. 그림 84-8. 일부 원발성 혹은 전이성 종양세포는 숙주혈관에 근접하여 발생하며 이들 주위로 성장하여 영양소를 공급받음. 그러나 대부분의 종양혈관은 종양이 분지하는 강력한 혈관형성 촉진인자로 유발된숙주내피의 이동과 증식이라는 발아과정을 통해 만들어짐. 정상과 병적인 혈관생성에서 발아는 내피세포의 세포막에 발현되는 3가지 PKTs와 그 리간들(VEGFs, angioproterin, ephrins 그림 84-9)에 의해 조절됨. 이들 리간드는 종양세포와 종양 미세환경에 존재하는 염증세포 그리고 기질세포에 만들어짐. 

종양세포가 혈관이 없는 곳에서 생기고 전이되려면 저산소증과 영양결핍으로 인해 크기에 제한이 따름. 종양혈관 형성의 가장 중요한 조절자는 저산소증으로 저산소증-유발인자(HIF)-1알파의 안정화를 통한 VEGF 유도를 촉발함. 정상 산소농도에서는 내피세포 HIF-1은 VHL 종양억제 위치에 있는 ubiquitine E3-ligase에 의해 조절되는 프로테아좀-매개과정을 통해 저농도로 유지되나 저산소환경에서는 HIF-1 단백이 가수분해되지 않고 농도가 올라가면서 표적 유전자인 VEGF, NOS(nitric oxide synthesis), Ang2가 유도됨. VHL종양억제 유전자가 소실된 가족성 혹은 산발성 신장암에서 HIF-1알파의 안정화와  VGEF유도현상이 있음. 대부분의 종양은 혈류가 적은 저산소지역을 가지고 있으며 이 지역의 종양세포는 HIF-1알파 발현을 보임. VHL가 소실된 신장암에서는 모든 종양세포가 고농도의 HIF-1알파를 발현하며 VEGF로 유도된 혈관형성이 왕성하여 미세혈관밀도가 상승하게 됨. 

VEGF와 그 수용체는 혈관형성(태아에서 분화된 내피세포로부터 혈관이 de novo생성되는 과정)에 필요하고 정상적인 혈관형성, 병적인 혈관형성(종양, 류마티스 등)에도 필요함. VEGF-A는 헤파린에 결합된 당단백으로 4개의 이성체가 있고 이는 내피세포가 조혈세포 일부의 RTKs VEGFR1과 VEGFR2에 결합하여 혈관형성을 조절함. VEFGR2는 내피세포의 증식, 이동, 생존을 조절하는반면 VEGFR1은 내피세포의 R1길항작용을 하며 태아의 혈관 모세포 분화에 중요한 역할을 담당함. 종양혈관은 성장과 생존에 정상 내피세포보다 VEGFR에 훨씬 의존적임. 혈관형성의 중요한 시발이 VEGF신호인데, 이는 매우 복잡한 신호전달체계가 가미되는과정임. 

기질세포에 의해서 생성된 angiopoietin과 Ang1은 내피세포 RTK Tie-2에 결합하여 내피세포와 세포외 기질이나 혈관주변 세포의 상호작용을 증진시켜 꽉 짜여진 새지 않는 혈관을 형성함. PDGF와 섬유모세포 성장인자(bFGF)는 평관 주변세포의 동원을 도우며Aang1은 성숙혈관의 휴지기와 안전성을 유지하고 혈관침투성을 억제함. 종양세포-유도 VEGF가 숙제혈관으로부터 발아과장을 시작하려면  ANgl/Tie2경로의 안정성이 변화되고 내피세포의 Ang2 분비가 시작되어 Ang1의 작용을 억제해야 함. Ang2가 존재하면기존의 혈관은 리모델링 신호에 반응이 높아지고 내피세포는 기질에 유착성이 떨어지며 혈관주변세포는 VEGF에 반응성이 높아짐. 따라서 종양혈솬 신생초기에는 Ang2가 숙주내피 세포의 안정성을 떨어뜨리고 혈관 생성신호를 받도록 하는데 필수적임. 종양내피세포는 이미 Ang2에 의해 Ang1/Tie2 안정성이 떨어져 있으므로 종양의 혈관은 새기 쉽고 출혈이 잘 일어나며 내피세포와 주변 기질관의 유착이 떨어짐. 

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아직까지 이런 세포의 수적증가가 예후에 어떤 영향을 미치는지, 치료중 생기는 변화와 종양 혈관형성의 감소가 어떤 상관이 있는지, 내피세포 전구세포와 VEGFR을 발현하는 조혈 간세포가 어떤 기전으로 종양혈관의 내구성을 장기간 유지시키는지에 대해서는알려져 있지 않음. 

종양내에 림프관도 존재함. 종양 림프관의 발달은 VEGFR3 및 그 리간드인 VEGF-C/D의 발현과 연관되어 있음. 이런 림프관이 종양세포의 림프절 전이에 어떤 역할을 수행하는지 아직 알수 없음. 앞서 언급한대로 종양내 기질압력이 높고 대부분의 림프관들이 짜부라져 기능을 하지 못하는 상태이지만 원발성 인체 종양 중 폐암, 전립선암, 대장암에서는 VEGF-C농도가 림프절 전이와 상관관계가 있음.

혈관형성 억제제

종양혈관을 이루는 내피세포는 유전적으로 안정적이며 종양세포의 유전적 변이를 공유하지 않음. 내피세포의 세포자멸사 과정은 대부분 보전되어 있음. 종양혈관의 각각 내피세포는 많은 종양세포에 영양을 공급함. 한가지 성장인자(VEGF등)의 차단으로도 종양-유도성 혈관형성이 억제될 수 있음이 실험결과졸 확인됨. 종양혈관은 정상혈관과는 확실히 다르므로 정상혈관에 영향을 주지 않고 종양 혈관만 선택적으로 파괴하는 것이 가능함. 혈관 형성 억제제는 종양의 활성화된 혈관내피세포의 특성인 증식, 이동, 생존과정에 관여하는 중요한 분자경로를 표적으로 함. 성장인자나 유착-의존성 신호전달체계의 억제는 내피세포의 자멸로 인한 종양성장 억제를 초래함. 여러가지 종양은 각각 다른 분자기전으로 혈관 형성을 활성화시키므로 한가지 항혈관 형성전략이 모든 인체종양에 적용될지는 의문이 생김. 따라서 여러가지 치료적 접근이 개발되어 각각의 특징적인 혈관형성단계를 차단하는 방법이 필요함. 

Bevacizumab(베바시쭈맵)은  VEGF항체로 많은 다양한 항암치료제의 효과를 높여 다양한 암치료로 사용함. 단독약제로는 항종양 효과가 부족하고 그리고 전신주입후에 국소적으로 형성된  VEGF를 흡수하는 것은 표적세포의 VEGF 수용체를 방해하기 때문에 효과적인 치료가 아닐 것이라고 봄. 베바시주맵은 대장암에서 항암효과를 향상시키고 다른 암종에서의 효과입증도 연구중임. 

베바시주맵은 매 2-3주간격으로 정맥투여되고(반감기가 20일), 독성이 심하지 않음. VEGF 수용체 억제제를 사용하는 대부분의 임상에서 고혈압이 발견되엇지만 오직 10%의 환자들만이 혈압약을 복용하였고, 치료를 중단할 정도는 아니었음. 고혈압은 베바시쭈맵에 의해 혈관에서 산화질소 현성을 감소시키고 혈관수축을 일으켜 혈압을 상승시킴으로써 발생함. 드물지만 심각한 부작용으로 뇌졸증과 심근경색을 포함한 동맥혈전 위험이 있고 이는 65세 이상의 심혈관 과거력이 있는 환자에서 보통 나타남. 또한 조직학적으로 편평세포로 구분된 폐암환자에서 중격동 대혈관 근처의 큰 암에서 출혈이 더 많이 발생할 수 있음. 또한 편평세포암에서는 혈관 파열이 동반된 종양의 공동화와 다량 객혈을 유발할 수 있기 때문에 쓰이지 않음. 

이러한 치명적인 부작용은 편평세포암에서 베바시주맵과 항암제를 병용했을때 활성화가 증가되는 것으로 설명할수 있음. 다른 심각한 합병증으로는 1-3%의 환자에서 장 천공이 나타나는 것이며 이는 대부분 대장암과 난소암에서 나타남. 메바시주맵의 경험은 VEGF경로를 억제하는 것이 표준 항암화학요법과 병용 투여될 시에 더 효과적이다는 것을 말해줌. 이는 VEGF 타이로신 키나아제 활성도를 목표로 하는 소분자 억제제를 사용할때 해당하지만 다른 암세포에서 발현되는 키나아제를 억제할 수 있고 그들의 성장과생존에 중요함. 수니티닙은 위장관기질 종양에서 c-Kit 돌연변이 수용체에 대한 활성을 가지지만 VEGFR과 PDGFR도 전이성 신장암에서 의미있는 항종양 효과를 보여주었음. 비슷하게 소라페닙은 원래 Raf키나아제 억제제로 개발이 되었고 VEGF과 PDGF수용체에 대한 활성을 가지며 신장암의 무진행 생존율을 연장시킴. 따라서 혈관형성과 신호전달체계를 목표로 하는 치료는 광범위한 암종에서 더 큰 효과를 볼 수 있을 것임. 한가지 단서는 신장암과 위장관 기질종양은 모두 하나의  신호경로에 의존하고 있다는 점이나, 대부분 고형암은 서로 연관된 증식과 생존경로를 가짐으로 단독표적 치료제로는 부족한 상황임. 종양에서 혈관형성 억제연구의 성공으로 인해 다른 혈관 형성과정에 관여하는 표적치료제의 개발로 이어지고 있으며 이러한 치료적 접근은 아래 그림에 있음. 

설명 ; 종양혈관 형성 중 발생하는 분자수준의 변화에 대한 지식은 많은 혈관형성 억제제를 이용한 치료전략을 수립하게 함. 

요약 : 암세포 생물학, 전이 그리고 혈관 형성은 이에 맞는 새로운 표적치료 시대로 접어들었으며, 각각의 암종에서 발견되는 특정분자걱 요인(특정 유전자 돌연변이, 유전자 표현형, 마이크로 RNA표현)은 맞춤 치료 및 항종양효과를 최대화할 것임. 

[정혜]

고맙습니다