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연구

뇌종양 면역치료를 고 포도당 음료로?​
조회수 : 1499 등록일 : 2023-10-16 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 의과학대학원 이흥규 교수, 김재호 박사

< (왼쪽부터) 의과학대학원 이흥규 교수, 김재호 박사 >

뇌에서 발생하는 가장 흔한 악성 뇌종양인 교모세포종은 현재 수술, 항암화학요법, 그리고 방사선치료로 대표되는 암치료요법을 모두 동원해도 평균 생존 기간이 평균 15개월 정도밖에 되지 않는 치료가 매우 힘든 암종이다. 

우리 대학 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀이 교모세포종 실험 쥐 모델에서 고 포도당 음료 보충을 통해 뇌종양의 성장이 억제되는 현상을 관측했고 이에 더해 이러한 억제 효과가 장내 미생물의 특정 균주 변화를 통해 암세포 증식을 억제하는 항종양 면역반응을 증진한 작용원리를 규명했다고 16일 밝혔다. 

장내 미생물은 우리 몸과 긴밀한 관련이 있으며, 악성종양에 대한 항종양 면역반응을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 최근 연구에서 알려졌다. 하지만 대다수의 연구가 항종양 면역반응이 활성화된 흑색종과 같은 암종에서 연구가 이뤄졌으며, 뇌종양에 미치는 영향에 대해서는 거의 알려진 바가 없었다.

<그림 1> 고 포도당 음료가 교모세포종 뇌종양 생쥐모델에서 생존율에 미치는 영향에 대한 연구결과.  가) 일반식수를 공급할 경우와 고 포도당 음료를 공급한 생쥐 사이의 생존율 비교에서 고 포도당 음료를 공급한 경우 더 오래 생존하였다.  나) 장내 미생물이 없는 무균 마우스에서 동일한 실험을 진행한 경우 생존율의 차이를 보이지 않았다.  다) 장내 미생물 중 Desulfovibrionaceae 균주가 고 포도당 음료의 복용으로 증가하는 것을 확인하였다.  라) 해당 균주의 투여가 뇌종양 모델에서 생존율을 증가시켰고, 항 PD-1 항체와 같이 투여할 경우 상승작용이 나타나는 것을 확인하였다.  마) 단일 세포 전사체 분석을 통하여 CD4+ T 세포 중 1번 그룹에 해당하는 세포가 고 포도당 식수 공급을 통해 증가하는 것을 확인하였으며,  바) 해당 그룹이 세포독성 관련 유전자를 높게 발현하는 것을 확인하였다.

< <그림 1> 고 포도당 음료가 교모세포종 뇌종양 생쥐모델에서 생존율에 미치는 영향에 대한 연구결과. 가) 일반식수를 공급할 경우와 고 포도당 음료를 공급한 생쥐 사이의 생존율 비교에서 고 포도당 음료를 공급한 경우 더 오래 생존하였다. 나) 장내 미생물이 없는 무균 마우스에서 동일한 실험을 진행한 경우 생존율의 차이를 보이지 않았다. 다) 장내 미생물 중 Desulfovibrionaceae 균주가 고 포도당 음료의 복용으로 증가하는 것을 확인하였다. 라) 해당 균주의 투여가 뇌종양 모델에서 생존율을 증가시켰고, 항 PD-1 항체와 같이 투여할 경우 상승작용이 나타나는 것을 확인하였다. 마) 단일 세포 전사체 분석을 통하여 CD4+ T 세포 중 1번 그룹에 해당하는 세포가 고 포도당 식수 공급을 통해 증가하는 것을 확인하였으며, 바) 해당 그룹이 세포독성 관련 유전자를 높게 발현하는 것을 확인하였다. >

이번 연구에서 연구팀은 고 포도당 음료와 특정 균주의 복합처리가 뇌종양 내 면역세포 중 T 세포, 특히 CD4+ T 세포의 아형에서 세포독성 기능이 증대되는 것을 단일 세포 전사체 분석을 통해 확인했고, 더 나아가 암미세환경에서 탈진한 T 세포를 재활성화하는 면역관문억제제인 항 PD-1 항체와 복합처리시 탈진된 T세포 표면에 있는 단백질(PD-1)과 결합하여 T 세포 재활성을 유도하여 항암면역 치료의 효과를 더 증진함을 확인했다. 

이러한 연구 결과는 기존 면역관문억제제의 효과가 미미했던 교모세포종에서 장내 미생물, 장내 미생물 유래 대사체, 또는 균주 유래 물질의 복합처리를 통해 항종양 면역기능을 향상하는 방식의 뇌종양 치료가 가능하다는 것을 보여주는 결과로, 추후 교모세포종에 항 PD-1 항체와 같은 면역관문억제제 치료를 적용하는데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

<그림 2> 고 포도당 음료가 장내 미생물의 조절을 통해 교모세포종 면역반응에 미치는 영향연구에 대한 전체적인 연구개요.  단기간의 고 포도당 음료를 공급할 경우 장내 미생물 중 Desulfovibrionaceae 균주의 증가를 유도하며, 이러한 변화는 뇌종양 내 세포독성 T 세포의 양적 증가 및 세포독성 기능 증대를 유도하여 항종양 면역반응을 증가시키며 면역관문억제제와 상승작용을 통해 항암 효능을 보여준다.

< <그림 2> 고 포도당 음료가 장내 미생물의 조절을 통해 교모세포종 면역반응에 미치는 영향연구에 대한 전체적인 연구개요. 단기간의 고 포도당 음료를 공급할 경우 장내 미생물 중 Desulfovibrionaceae 균주의 증가를 유도하며, 이러한 변화는 뇌종양 내 세포독성 T 세포의 양적 증가 및 세포독성 기능 증대를 유도하여 항종양 면역반응을 증가시키며 면역관문억제제와 상승작용을 통해 항암 효능을 보여준다. >

이번 연구를 주도한 KAIST 의과학대학원 김재호 박사는 "그동안 잘 알려지지 않은 장내 미생물 분석을 통해 뇌종양 성장을 억제할 수 있는 균주를 확보했으며 이러한 균주에 의한 항 뇌종양 면역조절 기전을 규명한 중요한 연구라고 설명했다. 이흥규 교수는 면역관문 치료제에 의한 뇌종양 치료 임상 시험 실패를 극복할 수 있는 대안으로 면역관문 치료제와 뇌종양 억제 유용 균주의 복합 치료를 통해 뇌종양 치료의 가능성을 보여준 동물실험 결과로 향후 장내 미생물을 이용한 항암 치료제 개발의 실마리를 제공할 것으로 기대한다ˮ 라고 연구 결과를 소개했다. 

의과학대학원 김재호 박사(, 미국 LA 소재 시티오브호프 암센터 방사선종양학과 박사후연구원)가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 생명과학 분야 국제 학술지 `셀 리포트 (Cell Reports)' 106온라인판에 게재됐다. (논문명: Supplementation with a high-glucose drink stimulates anti-tumor immune responses to glioblastoma via gut microbiota modulation) 

한편 이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

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