암+항암요법 결합으로 뉴런이 받는 충격 7배 증가
최근의 연구는 일반적인 의료지침과는 반대로 항암 화학요법이 암 치료의 신경학적 부작용인 신경장애의 유일한 원인은 아닌 듯하다고 언급했다.

암 자체도 크게 기여하고, 뉴런(신경세포)에 가해지는 스트레스는 이 2가지 원인의 (단순한) 합계보다 훨씬 더 나쁜 듯하다. 조지아 공과 대학교에서 쥐를 대상으로 실시한 이번 연구의 제1 저자인 닉 하우슬리는 이렇게 설명했다. “암이 유발하는 고통이 좀 있고 항암요법이 유발하는 고통도 좀 있다. 그러나 이 2가지가 결합되면 그 고통은 훨씬 더 커져서, 뉴런이 받는 충격은 이 2가지의 단순한 합계보다 7배나 더 높다. 이 연구결과는 그런 악화가 일어나고 있다는 최초의 증거로 밝혀졌다.”

미국에서는 매년 암이 180만 건이 발생하고 환자의 약 반은 아주 효과가 좋은 백금 기반 약물을 투여 받는다. 백금 화학요법을 받는 환자의 약 40%가 신경장애를 겪어 일상생활을 방해하는 감각 이상이나 통증이나 피로감이나 혹은 근육의 조정 능력 상실을 경험한다. 신경장애는 항암 화학요법이 끝난 후 몇 년간 지속할 수 있다.

이번 연구는 또 신경장애가 신경의 구조적인 손상으로 생기고 고칠 수 없다는 기존의 확립된 의학적 설명에 도전한다. 하우슬리는 이렇게 말했다. “손상을 입었다는 생각이 표준적인 설명으로 뉴런들은 죽고 수축한다는 것이다. 그런데 이번에 우리가 연구한 뉴런들에서는 우리는 그런 증거를 아무리 찾으려고 해도 전혀 찾을 수 없었다.”

2명의 연구 책임자 중 1명인 팀 코프는 다음과 같이 말했다. “증거는 우리가 관찰한 신경장애의 근거로 신체적인 손상을 뒷받침해주지 않았다. 우리는 고칠 수 있을지도 모르는 기능적인 문제들을 발견했다.”

유전자 조절 이상에도 뉴런 건강 완전하다는 놀라운 징후
기능적인 문제들은 뉴런이 찢어지거나 줄어든 것과 대비해서 제대로 작동하지 않는 뉴런을 항상 말한다. 코프는 조지아 공과 대학교 생물학 대학의 교수 겸 조지아 공과 대학교와 에모리 대학교의 생체의공학과 교수이다. 하우슬리는 그의 실험실에서 근무하는 박사후 연구원이다.

연구진은 신경장애의 원인을 조사해보기 위해 다방면으로 연구를 했다. 그들은 뉴런의 유전자 발현과 단백질 발현과 뉴런 신호를 조사하고 두드러지게 영향을 받은 신체 움직임을 측정했다. 뉴런의 보호 메커니즘을 일부 억제하면서 염증성 반응을 증가시키는 것을 포함한 유전자 조절 이상은 화학요법과 암에 반응해서 폭주했다.

그러나 유전자 조절에 이상이 있다는 많은 위험 경고에도 불구하고 뉴런 건강이 완전하다는 놀라운 징후도 있었다. 코프는 이렇게 설명했다. “뉴런들이 살고 작용하기 위해 의존하는 많은 것들이 유전자 발현 단계에서는 손상되지 않았다. 이는 정상적인 기능을 복구하기 위해 고칠 것이 1가지나 혹은 한두 가지뿐인 것을 의미하기 때문에 환자들과 신경장애를 고치는 데에는 잠재적으로 좋은 뉴스이다. 유전자 한두 개의 하향조절이 우리가 본 문제들의 원인인 듯하다.”

하향조절된 1개 유전자에서 얻은 단서들이 예기치 않은 사태로 발전해서 병리인 듯한 상태에 도달하기 전의, 뉴런 생물학의 새로운 과학적인 발견을 할 수 있게 되었다. 하향조절된 유전자가 뉴런의 세포막에 생겨, 뉴런이 전파 즉 활동 전위를 발사할 수 있도록 해주는 이온 통로라는 단백질 구조를 만드는 책임을 지고 있다. 이온 통로들은 갑작스럽게 칼륨 이온(K+)과 나트륨 이온(Na+)을 세포 안과 밖으로 왕복 이동시키고 세포막의 어느 한쪽에 순 음전하와 순 양전하를 던져서 활동 전위를 만든다.

신경장애와 Kv3.3의 결여 뚜렷한 상관관계 있어
하향조절된 이 특별한 유전자는 - 이전에는 근방추 속에 존재하는 것이 알려지지 않은 - Kv3.3라는 칼륨 이온 통로를 만들기 위한 것이다. 근방추는 근육이 수축하거나 늘어날 때 이를 감지하기 위해 근육 속에 내장된 신경 수용기이다. 연구진은 이 통로가 근방추에 많은 것을 발견했다.

하우슬리는 다음과 같이 말했다. “이는 그 자체만으로 기초 신경과학에 있어서 1가지 발견이다. 이 감각 운동 문제에 그것이 관련된 것도 의미가 크다.”

대부분의 Kv3.3 발현은 항암 화학요법과 암이 결합된 상황에서는 사라진다. Kv3.3의 결여가 정말로 신경장애의 중요한 원인인지 여부를 알기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 이번 연구에서 그것이 관찰된 신경 병리와 뚜렷한 상관관계가 있었다.

뉴런들이 여전히 활동 전위를 촉발할 능력을 갖고 있는데도 불구하고 정보를 암호화하는 뉴런의 과정이 정말로 훼손되었다고 하우슬리는 말했다.

참조:
S. N. Housley et al., "Cancer Exacerbates Chemotherapy-Induced Sensory Neuropathy" Cancer Res. 2020 Apr 28;canres.2331.2019. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-19-2331.