혈액 한 번의 검사만으로 대장암 환자의 재발과 전이 위험을 기존보다 더 정확하게 예측할 수 있는 길이 열렸다.
대장암이 바꾸는 혈액 속 아미노산 네트워크
한국과학기술원 의과학대학원 및 화학과 연구팀은 대장암이 진행될수록 혈액 속 대사물질들의 연결 구조가 체계적으로 재편된다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다는 소식을 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 발표했다.
암세포는 성장하고 증식하기 위해 많은 영양소가 필요하다. 그중 아미노산은 단백질을 만드는 재료일 뿐 아니라 에너지를 생산하고 DNA를 합성하는 등 암세포의 생존과 증식에 필수적인 물질이다. 특히 대장암은 아미노산 대사가 크게 변화하는 대표적인 암으로 알려져 있다.
이러한 변화는 종양 조직에만 머무르지 않고 혈액 속에도 나타난다. 따라서 혈액 속 아미노산은 몸 전체의 대사 상태를 보여주는 대사 바이오마커로 역할을 할 수 있다.
그러나 지금까지는 개별 아미노산의 농도가 얼마나 변하는지를 분석하는 데 초점이 맞춰져 있어, 아미노산들이 서로 어떻게 연결되고 함께 변화하는지는 제대로 밝혀지지 않았다.
글리신 중심으로 아미노산 네트워크 형성
연구팀은 소량의 혈청만으로 18종의 순환 아미노산을 동시에 정밀 분석할 수 있는 불소 핵자기공명 분광법 기술을 적용했다.
이어 각 아미노산의 농도뿐 아니라 서로의 연결 관계를 네트워크 형태로 분석했다. 그 결과 대장암이 진행될수록 혈액 속 아미노산 네트워크가 단계적으로 재편된다는 사실을 세계 최초로 확인했다.
이러한 변화는 암이 성장하면서 몸 전체의 대사 체계를 새롭게 바꾸는 전신 대사 재프로그래밍을 반영하는 핵심 특징으로 분석됐다. 전신 대사 재프로그래밍은 암의 성장에 맞춰 몸 전체의 대사 체계가 다시 구성되는 현상을 의미한다.
특히 대장암이 진행될수록 근육과 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 발린과 류신 등 분지사슬아미노산의 비율은 감소했지만, 암세포가 DNA를 만들고 빠르게 증식하는 데 필요한 글리신과 세린의 비율은 증가하는 경향을 보였다. 이는 암이 자라면서 몸 전체의 아미노산 사용 방식이 달라지고 있음을 뜻한다.
특히 글리신은 암세포가 활발하게 사용하는 아미노산으로 알려져 있어 혈액에서는 감소할 것으로 예상됐다. 하지만 실제로는 오히려 상대적 비중이 증가했다.
연구팀은 “글리신을 중심으로 새로운 상호작용 네트워크가 형성되는 것을 확인했다”며 “이는 대장암이 진행될수록 몸 전체의 대사 체계가 새롭게 재편되고 있음을 보여주는 중요한 근거”라고 설명했다.
연구팀은 이어 아미노산 네트워크 분석에서 얻은 연결 정보를 머신러닝 모델에 적용해 대장암 환자의 재발과 전이 위험을 분석했다.
그 결과, 연구팀이 개발한 분석 방법은 현재 병원에서 대장암 환자의 경과를 살필 때 널리 사용하는 혈액검사 지표인 암배아성항원보다 재발과 전이 위험을 더 정확하게 예측했다. 또한 혈액 속 개별 아미노산의 양만 분석하는 기존 방법보다도 높은 예측 정확도를 보였다.
이는 혈액 속 아미노산의 양만 보는 기존 분석을 넘어 아미노산들이 서로 어떻게 연결되고 변화하는지를 함께 분석해야 암의 진행 상태를 더 정확하게 읽어낼 수 있음을 보여준다.
이지민 교수는 “이번 연구는 혈액 속 개별 아미노산의 농도가 아니라 아미노산 간 연결 구조를 함께 분석해 대장암이 몸 전체의 대사 체계를 어떻게 바꾸는지를 처음 규명했다”며 “앞으로 혈액 검사만으로 대장암 환자의 재발 위험을 보다 정확하게 예측하고 환자 맞춤형 치료 전략을 수립하는 새로운 정밀 의료 기술로 이어지기를 기대한다”고 전했다.
박연정 기자 hello@sciencewave.kr
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