암과 싸우는 면역세포도 낮은 산소 농도에서 더 강해져

등산가나 지구력 종목 운동선수들만 산소가 적은 환경에서 역량을 잘 발휘하도록 단련을 받는 고산지대 훈련으로 이익을 얻는 것은 아니다. 면역체계의 암과 싸우는 세포들도 세포 차원에서 그런 방법을 통해 능력을 개선할 수 있다.

최근에 발표한 연구에서 와이즈만 과학 연구소의 연구진은 면역체계의 살해 T 세포들이 산소 부족으로 고생한 후에 악성 종양을 훨씬 더 효과적으로 파괴하는 것을 입증했다. 면역체계가 악성 종양과 싸우도록 무장을 시키는 암 면역요법이 이미 지난 1-2년 동안 암 환자들의 목숨을 구해내기 시작했다. 이 요법 중 1가지 주요한 방법이 환자의 혈액으로부터 살해 T 세포를 채집해서 시험관에서 배양하면서 암세포를 인식하고 파괴하도록 길들인 후 환자의 혈관 속으로 도로 집어넣는 것이다.

이 방법은 지금까지는 특정한 백혈병과 림프종에 대해서 가장 좋은 효과를 발휘했지만, 아마도 고형 종양 속에는 산소 농도가 엄청나게 낮기 때문에 고형 종양에 대해서는 효과가 없었다. 즉 세포외액에는 산소의 0,5% 내지 5%만 용해되어 있어서 대부분의 건강한 장기보다 산소 농도가 더 낮고 세포를 배양하기 위해 사용하는 배양액 속에 용해된 산소가 20%인 점을 감안하면 일반적인 실험실 배양기와 비교해도 산소 농도가 훨씬 더 낮기 때문이다.

종양세포들은 산소가 부족한 것을 개의치 않는 듯하다. 즉 종양세포들은 산소 농도가 낮더라도 세포의 주요한 연료인 포도당을 그런대로 효과적으로 이용할 수 있기 때문이다. 그러나 T 세포는 그렇지가 못해서, 종양으로 침투해서 자신들의 살해 기능을 수행하는 데 어려움을 겪는다. 이전의 연구들은 산소가 부족한 환경에서 T 세포를 성장시키면 실험실의 배양용 접시 속에서 다른 세포를 죽이는 능력이 높아지는 것을 밝혔지만 실제로 암과 싸우는 능력은 테스트해보지 않았었다.

산소 농도 낮은 배양기에서 성장한 T세포 암과 싸우는 데 더 효과적
살해 T 세포는 암 면역요법에서 보병에 해당한다. 그들이 암세포를 표적으로 삼아 파괴하는 세포들이지만 그들이 항상 악성 종양을 제거할 수 있는 것은 아니라고 와이즈만 과학 연구소의 면역학과 교수로 이번 연구의 책임자인 구이 샤카르 교수가 설명했다. 우리는 산소가 부족한 환경에서 이들 T 세포를 성장시켜서 더 효과적인 킬러로 만들 수 있는 것을 입증했다고 그는 덧붙여 설명했다.

이번 연구에서 연구 학생인 야엘 그로퍼와 연구원인 라버이탈 제하비-페퍼만이 와이즈만 과학 연구소 생명공학 핵심 설비과의 토머 메이르 살라메 박사와 지브 포라트 박사 및 이스라엘 국립 맞춤의학 총괄 센터의 탈리 샬리트 박사와 함께 T 세포들에게 일종의 고산지대 훈련을 시켰다. 즉 산소 농도가 1% 정도로 낮은 배양기 속에서 T 세포들을 성장시킨 것이다. 그런 후 그들은 흑색종에 걸린 실험동물을 2개 집단으로 갈라서 한 무리는 산소가 부족해서 고생한 T 세포를 주입하고 다른 무리는 산소가 정상적인 상태에서 성장한 T 세포들을 주입했다.

산소가 부족해서 고생한 T 세포들이 암과 싸우는 데 훨씬 더 효과적인으로 드러났다. 그런 세포로 치료받은 실험동물은 일반적인 T 세포로 치료받은 실험동물에 비해 더 오래 생존했고 종양도 훨씬 더 극적으로 줄어들었다. 놀랍게도 산소가 부족해서 고생한 T 세포들이 일반적인 T 세포들보다 종양으로 더 잘 침투하지는 않았다. 외관상으로 그들이 암세포로 침투해서 암세포를 죽이는 그랜자임 B라는 파괴적인 효소를 더 많이 갖고 있기 때문에 그들은 암에 대해 더 성공적으로 대항을 했다. 고산지대 훈련이 사람에게 지구력을 높여주는 것과 마찬가지로 살해 T 세포도 그런 식의 훈련을 시키면 더 강인해지는 것이 분명하다고 샤카르는 말했다.

이런 연구결과들이 인간의 T 세포로 확인이 된다면 고형 종양에 대한 면역요법의 효과를 개선하는 즉각적인 수단이 될는지도 모른다. 샤카르는 이렇게 설명했다.
“세포 면역요법에 있어서 T 세포들은 채집해서 좌우간 인체 밖에서 성장시킬 필요가 있다. T 세포들을 저압산소 하에서 성장시키는 것은 비교적 단순하지만 기존의 임상적인 치료방법에 이런 작은 조절을 가하면 치료의 효과를 크게 개선시킬는지도 모른다.”

참조: Y. Gropper et al., "Culturing CTLs under Hypoxic Conditions Enhances Their Cytolysis and Improves Their Anti-tumor Function" Cell Rep. 2017 Sep 12;20(11):2547-2555.