[헬스코리아뉴스 / 임도이 기자] 2019년 노벨 생리·의학상이 윌리엄 케일린(William Kaelin) 미국 하버드대 교수, 그레그 세멘자(Gregg Semenza) 미국 존스홉킨스대 교수, 그리고 피터 랫클리프(Peter Ratcliffe) 영국 옥스퍼드대 교수 등 3명에게 돌아갔다. 이들은 산소농도에 따른 세포의 생리학적 적응기전과 대사변화를 이해할 수 있는 기전을 처음으로 제시했다. 이를 통해 질병, 특히 빈혈이나 암질환을 이해하고 새로운 치료방향을 정하는데 크게 기여했다는 평가를 받고 있다.
스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨위원회는 7일(현지시간) 산소 농도에 따른 세포의 적응에 관한 연구 공로를 인정해 이들 3명을 올해의 노벨 생리의학상 공동수상자로 선정했다.
연구결과를 구체적으로 보면 윌리엄 케일린은 폰히펠린다우 유전자 이상에 따른 선천성 질환부터 암발생 또는 예방에 해당 유전자 역할을 밝혀냈다. 그레그 세멘자는 히프1 유전자를 처음 발견하고 위의 폰히펠유전자 관련성을 규명했다. 마지막으로 피터 랫클리프는 적혈구 생성 촉진 호르몬인 에리스로포이에틴(erythropoietin)과 관련하여 EPO 유전자 연구를 지속해왔다. 특히 저산소증에 EPO 유전자 역할을 규명했다.
아직까지 이들의 연구로 암 분야에 있어 치료제가 개발되지는 않았다. 하지만 이들의 연구를 통해 약제 연구가 많은 진척을 이룰 것으로 기대되고 있다.
종양(암덩어리)은 크기가 점점 커지면서 저산소증에 빠지게 된다. 이들은 저산소 상태에서 암 세포가 어떻게 반응하는지를 규명해냈다. 가령 종양세포는 산소가 없는 상태가 되면 치료에 저항성을 가지게 된다. 이들의 연구로 저산소증에 빠진 상태에서는 항암제가 잘 듣지 않는다는 사실을 어느 정도 설명할 수 있게 되었다.
서울아산병원 종양내과 이대호 교수는 "항암치료나 방사선 치료를 할 때 암은 이미 저산소 상태에 빠져 있기 때문에 왜 치료제가 잘 안 듣는지, 약제가 효과가 없는 것인지뿐만 아니라 앞으로 어떻게 개선할지, 어떻게 치료효과를 향상할지에 대한 큰 해답을 제시한 것"이라고 평가했다.
제갈동욱 서울성모병원 진단검사의학과 교수는 "산소는 세포 내에서 영양소를 에너지로 변화하는데 필요하며, 열, 새로운 세포 생산, 배아의 성장과 연관되어 있다"며 "환경의 변화에 따라 세포의 산소요구도가 변화하는데, 세포가 이에 적응하는 기전을 규명한 것"이라고 설명했다.
예를들어 일시적으로 산소요구도가 변화하면 이에 적응하는 기전이 필요하다. 고산지대, 빈혈 같은 저산소 상황의 경우 전신적, 국소적으로 저산소증에 빠지는데, 이러한 경우 HIF-1a 분자가 각종 유전자 내에 스위치 역할을 하는 에이치알이(HRE, hypoxia response element)에 영향을 미친다.
이는 300여개에 달하는 유전자에 영향을 미치며, 이 중 혈관생성촉진인자(VEGF), 에리스로포이에틴(Erythropoietin) 유전자 및 해당 기전 (gylcolysis metabolism), 혐기성대사 (anaerobic metabolism) 연관 유전자가 영향을 받는다. 이러한 유전자는 적혈구 생산 촉진, 대사의 변화, 혈관생성 촉진 등을 유도하게 된다.
저산소 상황에서는 에리스로포이에틴(erythropoietin)이 신장에서 분비되어 적혈구 조혈이 촉진된다. 이 분자는 빈혈치료제로 만들어져, 빈혈 환자, 특히 신장병으로 고통 받고 있는 환자에서 빈혈 치료제로 사용되고 있다.
암세포는 저산소 상황에서도 성장을 하는데, 이는 HIF-1a이 작용하여, 암세포가 저산소 사황에서 적응하여 성장하도록 한다. 특히 저산소 상황에서 발현되는 혈관생성촉진인자(VEGF)는 암의 성장과 밀접한 연관이 있으며, 이 분자는 표적항암제의 표적 대상이다.
산소가 많은 상황에서는 HIF-1a에 OH기가 붙게 되면 VHL유전자에 의하여 분해되어, 저산소에 적응하는 기전이 작동하지 않게 된다. 결론적으로 HIF-1a 유전자는 빈혈, 감염, 상처치료, 심근경색, 종양, 뇌졸중과 연관되어 있어 이러한 질환의 치료제 개발에 크게 기여한 연구결과라고 할 수 있다.
한편 윌리엄 캘린은 오는 11월 7일~8일 서울 드래곤 시티 호텔에서 열리는 대한종양내과학회 추계 학술대회에 연자로 참석할 예정이다.
