난치성 뇌종양 '기원세포' 규명…"조기진단·재발 억제 단초 마련"

난치성 뇌종양의 기원세포(cell of origin)가 규명됐다. 기원세포는 악성 종양의 발생이 처음 시작되는 정상 세포를 말한다. '종양은 어디에서부터 시작되는가?'라는 물음에 대한 답을 찾음으로써 뇌종양 조기진단과 재발 억제 치료의 패러다임 전환을 기대할 수 있게 됐다.

KAIST는 의과학대학원 이정호 교수와 연세대 세브란스병원 신경외과 강석구 교수 공동연구팀이 정상 뇌 조직에 존재하는 교세포전구세포(Glial Progenitor Cell·GPC)에서 'IDH-돌연변이 신경교종'이 기원한다는 사실을 세계 최초로 규명했다고 9일 밝혔다.

IDH-돌연변이 신경교종은 50세 이하의 성인에게서 주로 발병하는 일종의 난치성 뇌종양이다. 초기에는 낮은 등급의 종양으로 진단돼 수술·방사선치료·항암치료를 받게 되지만, 수년~수십 년에 걸쳐 결국은 높은 등급(악성)의 종양으로 발전하는 사례가 많다.

특히 기존에 기원이 밝혀졌던 교모세포종(GBM)과는 확연히 다른 임상 양상을 보여 발병 기전이 서로 다른 것으로 예상됐지만, 정상 조직 안에서 '무엇이 어디서부터 종양으로 발달하는가'에 대한 직접적인 근거는 밝혀진 것이 없었다.

이와 관련해 공동연구팀은 광범위 절제 수술 과정에서 확보한 종양 조직과 종양 주변의 정상 대뇌피질을 정밀 분석하는 방식으로 겉보기에는 정상인 뇌 조직 안에서도 IDH-돌연변이를 가진 '기원세포(cell of origin)'가 이미 존재한다는 사실을 밝혀냈다.

악성 뇌종양은 특정 시점에 갑자기 생성되는 것이 아니라 정상 뇌 속에서 장기간 서서히 성장한다는 것을 처음으로 입증한 것이다.

단일세포 수준의 '공간 전사체 기술(spatial transcriptomics)' 등 최신 연구 방법을 활용해 교세포전구세포가 기원세포라는 것을 규명한 것도 이번 연구의 핵심 성과다.

나아가 공동연구팀은 환자에게서 발견한 것과 동일한 유전적 변이를 마우스(동물모델)의 교세포전구세포에 도입해 실제 뇌종양이 발생하는 과정을 재현하는 데도 성공했다. 동물모델에서 형성된 종양이 환자의 뇌종양 조직과 조직학적·전사체적으로 매우 유사한 것으로 확인됐다는 게 공동연구팀의 설명이다.

이번 연구는 뇌종양의 '기원'을 규명한 기존 연구를 한 단계 확장한 성과로도 평가받는다. 앞서 공동연구팀은 2018년 대표적인 악성 뇌종양 '교모세포종(glioblastoma)'이 종양 본체가 아닌 뇌 속 원천 세포인 뇌실하영역(subventricular zone)의 신경줄기세포(neural stem cell)에서 시작된다는 사실을 밝혀 뇌종양 연구의 전환점을 마련했다.

이어 진행된 연구에서는 '교모세포종'과 'IDH-돌연변이 신경교종'이 같은 뇌암에서도 출발 세포와 시작 위치가 전혀 다르다는 사실을 밝혀냄으로써 뇌종양 종류마다 발생 과정이 근본적으로 다르다는 점을 명확하게 했다.

강석구 교수(공동 교신저자)는 "뇌종양은 종양 덩어리가 보이는 자리에서 바로 시작되지 않을 수 있다"며 "뇌종양의 아형에 따라 기원세포와 기원 부위를 직접 공략하는 접근 방식은 조기진단과 재발 억제 치료의 패러다임을 바꿀 수 있는 중요한 단서가 될 것"이라고 말했다.

박정원 KAIST 의과학대학원 박사 후 연구원(제1 저자)은 "이번 연구는 기원세포가 종양 주변 뇌 조직에 이미 존재하는 것을 규명하고 이들 세포를 조기에 표적화해 종양의 재발 방지와 환자의 생존율 증가에 기여할 전략적 근거를 마련했다는 점에서 의미를 갖는다"고 말했다.

한편 이번 연구 성과(논문)는 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 9일자로 게재됐다.