암세포는 왜 무한히 증식하는가?

암은 전 세계적으로 가장 치명적인 질병 중 하나이며, 매년 수백만 명의 생명을 앗아가고 있다. 정상 세포는 일정 횟수 이상 분열하지 않도록 조절되지만, 암세포는 이러한 생물학적 제한을 무시하고 무한히 증식하는 특징을 가진다.

 

이러한 무제한 성장 능력은 유전자 돌연변이, 세포 신호 조절 이상, 텔로미어 유지, 세포 사멸 회피 등의 생물학적 요인에 의해 발생한다.

 

암세포의 무한 증식 메커니즘을 이해하는 것은 암 치료의 핵심 요소이며, 이를 표적으로 하는 다양한 치료법이 연구되고 있다.

 

본 글에서는 암세포가 정상 세포와 달리 무제한 증식하는 이유, 관련된 세포 생물학적 기작, 암세포의 텔로미어 유지 전략, 면역 회피와 혈관 신생을 통한 생존 메커니즘을 살펴본다.

 

 

1. 세포 주기 조절 이상: 암세포의 무한 증식 원리

정상 세포는 일정한 생명 주기(Cell Cycle)를 거치며, 필요할 때만 분열하고 손상되거나 불필요해지면 **세포 사멸(Apoptosis)**을 통해 제거된다. 하지만 암세포는 세포 주기 조절 기작이 손상되거나 변형되면서 무한 증식하는 특징을 갖게 된다.

 

세포 분열은 G1 → S → G2 → M 단계를 거치며, 각 단계에서 **종양 억제 유전자(Tumor Suppressor Genes)와 원암 유전자(Proto-Oncogenes)**가 조절 역할을 한다. 암세포에서는 다음과 같은 변화가 발생한다.

 

• 원암 유전자의 활성화(Oncogene Activation)
  • 원래 정상적인 세포 성장과 분열을 조절하는 유전자인 원암 유전자(Proto-Oncogene)가 돌연변이를 일으켜 과활성화되면 **암 유전자(Oncogene)**로 변한다.
  • 대표적인 예로 RAS 유전자 변이가 있다. RAS 단백질은 정상적으로 세포 성장 신호를 전달하는 역할을 하지만, 돌연변이가 발생하면 세포 성장 신호가 비정상적으로 지속적으로 활성화되어 암세포가 무한히 분열한다.
• 종양 억제 유전자의 비활성화(Tumor Suppressor Gene Inactivation)
  • 정상 세포에서는 암세포 발생을 방지하기 위해 **p53, RB(Retinoblastoma protein)**과 같은 종양 억제 유전자가 세포 분열을 조절한다.
  • 그러나 p53 유전자가 돌연변이를 일으키면, 손상된 DNA를 가진 세포가 제거되지 않고 계속 분열하게 된다. 실제로 암 환자의 약 50%에서 p53 유전자 돌연변이가 발견된다.

이러한 세포 주기 조절 이상이 암세포의 무제한 성장의 주요 원인이 되며, 이를 타겟으로 하는 항암 치료법(예: p53 활성화 치료제, RAS 억제제)이 개발되고 있다.

 

 

 

2. 텔로미어 유지: 암세포의 불멸성

정상적인 체세포는 텔로미어(Telomere) 단축을 통해 분열 횟수가 제한된다. 텔로미어는 염색체 끝부분을 보호하는 DNA 반복 서열(TTAGGG)이며, 세포 분열이 일어날 때마다 점차 짧아진다.

 

세포가 분열할 때 텔로미어가 일정 길이 이하로 짧아지면, 세포 노화(Senescence) 또는 세포 사멸(Apoptosis)이 유도되어 추가적인 세포 분열이 중단된다. 그러나 암세포는 이 한계를 극복하기 위해 텔로머라아제(Telomerase) 활성화 또는 대체 길이 유지 기작(ALT, Alternative Lengthening of Telomeres)을 이용하여 텔로미어를 연장한다.

• 텔로머라아제 활성화(Telomerase Activation)
  • 텔로머라아제는 DNA 말단에 새로운 텔로미어 서열을 추가하는 효소로, 배아줄기세포 및 생식세포에서는 자연적으로 활성화되어 있다.
  • 그러나 대부분의 정상 체세포에서는 텔로머라아제가 억제되어 있어, 세포가 일정 횟수 이상 분열하면 더 이상 증식할 수 없다.
  • 암세포의 약 90%는 텔로머라아제를 비정상적으로 활성화하여 텔로미어를 유지함으로써 무제한 증식이 가능하다.
• 대체 길이 유지 기작(ALT, Alternative Lengthening of Telomeres)
  • 일부 암세포(약 10~15%)는 텔로머라아제 대신, 재조합(recombination) 메커니즘을 활용하여 텔로미어를 유지하는 ALT 경로를 사용한다.
  • 이 기작은 주로 신경교종(Glioblastoma), 육종(Sarcoma) 등 특정 암에서 발견된다.

현재 텔로머라아제 억제제를 이용한 암 치료 연구가 활발히 진행되고 있으며, 텔로미어 유지 기작을 차단하면 암세포의 성장을 억제할 수 있는 가능성이 있다.

 

 

3. 세포 사멸(Apoptosis) 회피: 암세포의 생존 전략

정상 세포는 DNA 손상, 산화 스트레스, 세포 독성 환경에 의해 손상되었을 때 자가 사멸(Apoptosis) 메커니즘을 활성화하여 스스로 제거된다. 그러나 암세포는 이러한 세포 사멸 신호를 차단하고 생존을 지속하는 특징을 가진다.

• p53 변이: 암세포의 절반 이상에서 발견되는 p53 유전자 돌연변이는 세포 사멸 신호를 억제하여 암세포가 생존하도록 만든다.
• BCL-2 단백질 과발현: BCL-2 단백질은 세포 사멸을 억제하는 역할을 하며, 특정 암(예: 림프종)에서 과발현되면 암세포가 사멸되지 않고 계속 살아남는다.

이러한 이유로 BCL-2 억제제(Venetoclax)와 같은 항암제가 개발되어, 암세포의 자가 사멸을 유도하는 치료법이 연구되고 있다.

 

 

4. 혈관 신생(Angiogenesis)과 면역 회피: 암세포의 성장 환경 조성

암세포는 빠르게 증식하기 위해 자신만의 혈관망을 형성하는 혈관 신생(Angiogenesis)을 촉진하며, 면역 시스템을 회피하는 전략을 사용한다.

• 혈관 신생 촉진(VEGF 과발현)
  • 암세포는 **혈관내피세포성장인자(VEGF, Vascular Endothelial Growth Factor)**를 분비하여 새로운 혈관을 형성하게 만든다.
  • 이 혈관망을 통해 산소와 영양분을 지속적으로 공급받으며, 빠르게 증식할 수 있다.
• 면역 회피 전략
  • PD-L1 단백질을 발현하여 T세포의 공격을 억제
  • 면역억제 환경을 조성하여 면역세포가 암세포를 인식하지 못하게 만듦

현재 **VEGF 억제제(베바시주맙) 및 면역관문억제제(PD-1/PD-L1 항체 치료제)**가 개발되어 암 치료에 활용되고 있다.

 

 

결론

암세포는 세포 주기 조절 이상, 텔로미어 유지, 세포 사멸 회피, 혈관 신생 및 면역 회피 전략을 통해 무제한 증식할 수 있다. 이러한 특성을 이해하고 이를 표적으로 하는 치료법을 개발하는 것이 효과적인 항암 전략이 될 것이다.