컬럼비아 대학교와 MIT의 연구진은 왜 암세포들이 흔히 지방질에 의존해야만 하는지 그 놀랄만한 이유를 밝혀냈다. 이 연구 결과는 종양의 성장을 이해하고 지연시키는 새로운 방법을 찾아내도록 해줄 수가 있다. 이 연구는 컬럼비아 대학교 의대의 시스템 생물학 부교수인 데니스 비트쿱 박사와 매사추세츠 공대의 코크 센터 소장인 매튜 밴더 하이든 박사가 주도했다.

지방질같이 우리가 먹는 흔한 영양소와 우리가 숨을 쉬는 산소가 암세포의 성장에 필수적인 역할을 담당하는 듯하다. 산소는 몸속에 에너지를 만드는 데 역할을 담당하는 것으로 가장 많이 알려져 있다. 그런 이유로 우리가 운동을 할 때는 숨을 더 세게 쉬는 것이다. 많은 암세포는 산소가 고갈된 환경에서 살기 때문에 암세포의 성장이 에너지에 의해 제약을 받는 것으로 흔히 추측되고 있다. 그러나 산소는 덜 알려진 역할도 수행한다. 즉 새로운 세포를 만드는 데 필요한 생분자의 합성을 주도하는 화학반응에 필요한 산화력을 제공하는 것이다.

많은 생합성 반응은 NAD+라는 공동인자를 필요로 하고, 산소가 부족할 때는 세포들이 성장을 촉진하는 NAD+를 재생할 수가 없다. 그러면 세포의 핵심적인 합성반응이 멈추어버린다. 이번 연구는 의외로 저산소증의 암세포들이 성장에 필요한 것보다 더 많은 에너지를 항상 가진 것을 발견했다. 연구진이 암세포들에게 에너지 생산에 필요한 추가적인 영양소를 공급했을 때 암세포들이 반응하지 않았다. 그 대신에 연구진이 산소 부족으로 억제가 된 생합성 경로들을 열어주자 암세포들이 활발하게 증식해서 늘어났다.

암세포는 지방질 합성을 위해 산소를 사용
연구진은 여러 가지 생합성 경로가 산소 이용도에 민감하지만, 지방질의 합성에 가장 큰 영향을 받는 것을 발견했다. 지방 분자들은 새로운 세포의 막을 만드는 데 사용되고, 지방 합성은 성장하기 위해 새로운 막을 합성할 필요가 있는 암세포들에게는 특히 필요한 일이다. 산소에 접근하지 못하면 세포들은 자신들의 지방 합성 경로들에 (지방을) 충분히 공급할 수가 없다. 비트쿱은 다음과 같이 설명했다. “우리 연구 결과가 상식과 크게 다른 것은 지방질 합성이 많은 산소를 필요로 하는 과정인 것으로 생각되지 않는다는 것이다. 그러나 우리의 실험은 암세포들이 사용하는 산소는 최대 30%까지 에너지 생산에 쓰이지 않고 지방질을 합성하는 데 사용되는 것을 입증했다.”

산소가 생합성에 미치는 영향으로 인해 산소가 제한된 환경에서 성장하는 암세포들은 환경으로부터 지방질을 끌어와야 하는 데 크게 의존한다. 이는 암세포에게는 결정적인 약점이 되어, 끌어오는 지방질의 공급을 차단하는 것이 암 성장을 늦추거나 멈추게 하는 듯하다. 이제 비트쿱의 연구진은 상이한 종양들에서 암세포들이 지방을 끌어오기 위해 사용하는 수용체들을 확인하고 약물로 어떤 수용체들을 표적물로 삼을 수 있을는지를 확인하려고 시도하고 있다. 이 연구는 또 음식에 들어있는 지방의 성분을 바꾸는 것이 암 성장에 영향을 미치는 데 지극히 중요한 역할을 수행하는 듯한 것을 시사한다.

비트쿱은 이렇게 말했다. “우리는 보통 암이 주로 유전자 돌연변이에 의해 추동되는 것으로 생각하지만 산소가 고갈된 것과 같은 어려운 여건에서 사는 암세포들에게는 그들의 환경도 마찬가지로 중요하다. 예를 들면 만약 지방질이 암세포들의 환경 속에 실제로 이용될 수 있다면, 지방질의 흡수를 촉진하는 돌연변이들이 종양의 성장을 촉진하게 될 것이다.”

참조:
Z. Li et al., "Cancer cells depend on environmental lipids for proliferation when electron acceptors are limited" Nat Metab. 2022 Jun;4(6):711-723. doi: 10.1038/s42255-022-00588-8.