예후 나쁜 ‘미만형 위암’ 단일세포 유전자 분석-단일세포 지도 작성 및 진행 억제 표적 발굴

예후 나쁜 ‘미만형 위암’ 단일세포 유전자 분석-단일세포 지도 작성 및 진행 억제 표적 발굴

 

등록일2021.08.18.

 

 

 

예후 나쁜 ‘미만형 위암’ 단일세포 유전자 분석 

단일세포 지도 작성 및 진행 억제 표적 발굴 

 

 

□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 허훈 교수(아주대학교 의과대학 외과학교실), 김태민 교수(가톨릭대학교 의과대학 의료정보학교실) 공동 연구팀이 위암 중 예후가 나쁜 ‘미만형 위암’에 대한 단일세포유전자 분석을 통해 미만형 위암의 진행과 관련된 단일세포 수준의 치료 표적을 발굴했다고 밝혔다.

 

□ 젊은 환자에 호발하고 예후가 나쁜 것으로 알려진 미만형 위암은 기존 치료 방법에 의한 반응률이 매우 낮아 새로운 치료표적 발굴이 요구되고 있다.

 ○ 최근의 암 연구의 경향은 암세포 자체의 연구에 국한되지 않고 암세포 주변을 구성하고 있는 종양미세환경의 영향을 점점 강조하고 있으며, 미만형 위암은 조직학적 특징상, 종양미세환경의 영향이 클 것으로 예측된다.

 ○ 최근에 각광받고 있는 단일세포 유전자 분석은 시료 내 수많은 개별 세포별 대규모 유전자 분석을 통해 종양미세환경의 역할을 규명할 수 있는 효과적인 방법이지만, 분석 과정에서 각 세포들의 위치 정보가 소실되는 한계를 보이고 있다.

 ○ 본 연구는 이러한 한계를 극복하면서 미만형 위암의 진행에 따른 종양미세환경의 역할과 새로운 치료 표적을 제시하기 위하여 필요한 연구였다.

 

□ 연구팀은 미만형 위암으로 수술을 받은 환자들의 정상위조직, 암이 시작되는 표재성 부위, 그리고 암이 진행함에 따라 침윤이 진행된 부위에서 각각 시료를 채취하여 단일세포유전자 분석을 시행하였다.

 ○ 미만형 위암이 진행함에 따라 암세포의 악성도는 증가한 반면에, 다양한 종류의 면역세포들의 구성 변화를 분석하여 암에 대항하는 면역기전이 약화 되는 것을 확인하였다.

 ○ 암세포 이외의 섬유모세포, 혈관세포 등으로부터 암세포의 악성도 증가와 면역기능의 약화를 조절하는 CCL2와 같은 분비 단백질들이 미만형 위암의 침윤 부위에서 더 높게 발현되어 이러한 변화를 유도하는 것을 규명하였다.

 

□ 암 진행에 따른 다양한 시료를 이용한 단일세포유전자 분석은 국내외에서 거의 보고된 바 없는 연구이며, 특히 단일세포유전자 분석 결과를 암 조직에서 면역 염색 등으로 검증한 신뢰성 높은 연구 결과이다.

 ○ 미만형 위암에서 종양미세환경을 표적으로 하는 새로운 바이오 마커를 제시하였다.

 ○ 추가 연구를 통해 발굴된 마커의 기능과 차단 효과를 검증하여 미만형 위암 환자들의 치료효과를 높이는데 기여할 것이다.

 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업, 대학중점연구소지원사업, 선도연구센터사업(기초의학분야)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 미국암연구학회(American Association for Cancer Reserach, AACR) 공식 학술지이며 종양학 분야 국제학술지인 임상암연구지(Clinical Cancer Research)에 8월 12일 게재(온라인) 되었다. 

 

주요내용 설명

 

 <작성 : 아주대학교 의과대학 외과학교실 허훈 교수>

 

논문명

Clinical Cancer Research/Spatially distinct reprogramming of the tumor microenvironment based on tumor invasion in diffuse-type gastric cancers

저널명 

Clinical Cancer Research (IF: 12.531, 종양학 분야 상위 7.63%)

키워드 

미만형위암 (diffuse type gastric cancer), 단일세포 전사체 분석 (single cell RNA sequencing), 종양미세환경 (Tumor microenvironment) 

DOI

10.1158/1078-0432.CCR-21-0792

저  자

허훈 교수 (교신저자, 아주대학교 외과학교실), 김태민 교수 (교신저자, 가톨릭대학교 의료정보학교실), 이성학 교수 (제1저자, 가톨릭대학교 병원병리학교실), 함인혜 교수 (제1저자, 아주대학교 인플라메이징 중개의학연구센터), 정혜영 (박사과정생, 가톨릭대학교 의료정보학교실)

 

 

1. 연구의 필요성

 ○ 위암은 국내에서 가장 호발하는 악성 종양 중 하나로, 위암의 조직학적 분류 중 미만형 위암은 그 비중이 점점 증가하고 있으며, 특히 젊은 층에서 많이 발생하며, 치료가 어려운 복막 전이를 잘하여 예후가 다른 종류의 위암에 비하여 나쁜 것으로 보고되고 있다.

 ○ 하지만 위암에 대한 치료는 이러한 조직학적 특성을 고려하지 않은 채 이뤄지고 있으며, 그동안 위암 조직을 활용한 국내외 대규모 분자 -유전학적 분석 연구들이 위암에 대한 치료 표적을 찾기 위해서 이뤄져 왔으나 아직 그 임상적 활용은 미미한 상태이며, 다른 종양에 비하여 표적치료제의 종류도 매우 제한적이어서 국내에서만 매년 8,000명 가까운 환자들이 위암으로 사망하고 있다.

 ○ 미만형 위암을 현미경으로 관찰 했을 때, 다른 분류의 위암과는 달리 암 세포들이 암세포 주변의 다양한 기질 세포들, 즉 종양미세환경과 뒤엉켜 진행하는 특징을 보이고 있어, 암세포 주변을 구성하고 있는 종양미세환경이 미만형 위암의 진행에 중요한 역할을 할 것으로 예측되며, 이를 고려하여 미만형 위암 진행을 억제시키는 치료 표적을 발굴할 필요가 있을 것으로 보이며, 종양미세환경에 대한 연구는 최근 암연구의 매우 중요한 한 축을 이루고 있다.

 ○ 그 동안 암조직을 이용하여 국내외에서 많은 예산과 시간을 들여 진행해 온 대규모 분자-유전학적 암 분석 연구들은 조직 내 축적되어 있는 암세포 및 종양미세환경의 다양성을 고려하지 않은 채 진행되어 왔으나 최근에 각광 받는 단일세포 수준의 유전자 분석 기술은 조직 내 단일 세포 수준의 유전자 분석이 가능하게 하였으며, 이를 통하여 조직 내 축적된 다양한 암세포 및 비 암성세포들의 종류와 그 비중을 추정하고, 각 세포들을 유전자 발현 양상에 따라 다양한 아형으로 추가로 분류할 수 있으며, 각 세포들간의 상호작용을 추적할 수 있다.

 ○ 따라서 본 연구팀은 단일 세포 유전자 분석 방법이 특히 조직학적 특징상 종양미세환경의 영향이 클 것으로 예상되고 예후가 나쁜 미만형 위암의 연구에 적절할 것으로 판단하였다.

 ○ 또한 본 연구팀은 단일 세포 분석 시에 세포들의 위치 정보가 소실되는 단일세포 유전자 분석 방법의 한계를 극복하기 위하여, 미만형 위암의 진행에 따른 종양 내 위치별로 다양한 위암 조직들을 확보하여 단일 세포 유전자 분석을 시행함으로써, 미만형 위암의 진행에 결정적인 영향을 미치는 종양미세환경 내의 세포들의 특이 아류(subtype)과 암세포와의 상호작용을 밝히고 이와 관련된 미만형 위암 특이적인 바이오 마커와 치료 표적을 제시한 의미 있는 연구이다.

 

 2. 연구내용 

 ○ 본 연구팀은 5명의 미만형 위암 환자들의 수술 직후 신선한 절제 조직에서 정상위조직, 표재성 위암 조직, 침윤성 위암 조직을 각각 취득한 후 이를 단일세포 수준으로 분리하고 단일세포 유전자 분석을 시행하였으며, 단일세포 전사체 분석 결과를 검증하기 위하여 미만형 위암 조직에 대한 면역 화학 염색과 이중 가시적 RNA 분자 결합 염색 (duplex in situ RNA hybridization)을 시행하였다.

 ○ 다양한 위치의 시료를 확보하여 단일세포 유전자 분석을 시행함으로써 미만형 위암이 정상 위조직, 표재성 및 침윤성 조직으로 진행함에 따라 조직 내 섬유모세포, 혈관세포 및 대식 세포이 비중이 점점 증가한다는 것으로 확인하였으며, 위암 세포들이 역시 암이 진행됨에 따라 나쁜 암세포의 성질과 관련된 유전자들의 발현이 증가되는 것으로 확인하였다.

 ○ 암세포 이외의 섬유모세포, 혈관 세포 대식 세포에서도 미만형 위암의 진행에 따른 조직의 위치에 따라 유전자 발현 양상과 기능 다른 다양한 아류(subtype)가 존재한다는 것을 확인하였으며, 특히 CCL2와 같은 면역-염증 반응과 관련된 물질들을 분비하는 섬유모세포 및 혈관 세포가 미만형 위암이 더 진행된 부위에 축적되어 다른 세포들과의 상호작용에 의해서 암세포들을 더 공격적으로 만들고 면역 세포들의 기능을 약화 시킬 수 있음으로 제시하였다.

 

3. 연구성과/기대효과

 ○ 위암, 대장암 및 유방암과 같은 고형암에서 암세포 이외의 다양한 종양미세 환경의 중요성이 점점 강조되고 있는 최근 연구 경향에서, 암 진행에 따른 다양한 시료를 이용한 단일세포유전자 분석은 국내외에서 거의 보고된 바 없는 연구이며, 특히 단일세포유전자 분석 결과를 암 조직에서 검증한 신뢰성 높은 연구 결과이다.

 ○ 특히 본 연구는 예후가 나쁜 미만형 위암의 진행에 따른 단일세포 수준의 유전자 분석을 통해 종양미세환경 내 다양한 세포 침착 정도의 변화를 확인하고 각 세포별로 다양한 기능을 보여주는 다양한 아류들이 암 진행에 따라 달리 존재함을 밝혔으며, 그 세포들의 간의 상호작용을 확인하는 최초의 연구로 미만형 위암의 진행에 따른 단일세포지도 작성이 가능하게 하였다.

 ○ 이를 기반으로 미만형 위암의 악성도를 예측하는 종양미세환경 기반의 새로운 바이오 마커 제시가 가능하게 하였으며, 미만형 위암의 진행을 억제하는 새로운 표적 치료제를 제시하여 앞으로의 임상 연구로의 진입에 기반을 마련하였다.

 

 

그림 설명

 

 

 

 

 

 

(그림1) 연구과정 모식도

 ○ 미만형 위암 조직 내 암세포를 비롯한 종양미세환경을 분석하기 위하여 수술 직 후 신선 시료를 확보하여 세포를 분리한 후 단일세포유전자 분석을 시행하였다.

 ○ 단일세포유전자분석에서 각 세포들의 위치정보가 소실되는 한계점을 극복하기 위하여 미만형 위암의 진행에 따른 조직을 각각 확보하였다.

그림설명 및 그림제공 : 아주대학교 교수 허훈

 

 

 

 

 

(그림2) 분석 결과 모식도                         

○ 미만형 위암이 진행함에 따라 암세포들의 유전자 발현이 악성도가 증가하는 방향으로 변화하였으며, 암세포에 대항하는 종양 면역도 약화되는 것을 확인하였다.

○ 섬유모세포나 혈관세포들의 아류들도 CCL2 등의 사이토카인의 발현이 높은 아류들이 증가하는 것으로 확인되어 면역세포 및 암세포와의 상호작용에 의하여 악성도 증가와 종양 면역 약화에 기여할 것으로 예측되었다.

그림설명 및 그림제공 : 아주대학교 교수 허훈