불청객 암세포, 방치했다간 세포·혈관에 둥지 튼다

암은 암세포만의 문제가 아니다. 암세포가 자리 잡은 주변 환경도 암의 성장과 치료 반응을 좌우한다. 암세포를 ‘씨앗’, 주변 조직을 ‘토양’에 빗댄 ‘씨앗과 토양 가설’은 이러한 관계를 설명한다. 본래 암이 특정 장기로 퍼지는 전이 현상을 이해하기 위해 등장했지만, 암이 처음 발생한 원발부위에서도 중요한 의미를 갖는다. 씨앗이 자라려면 토양이 필요하듯, 암세포 역시 주변 환경과 영향을 주고받으며 성장하기 때문이다.

암세포는 처음 생겨난 자리에서 단순히 수를 늘리는 데 그치지 않는다. 주변 세포와 조직에 영향을 미쳐 자신의 생존과 증식에 유리한 환경을 조성한다. 이렇게 암세포와 주변 조직이 이루는 생태계를 종양 미세환경이라고 한다. 여기에는 세포를 지탱하는 세포외기질, 조직을 만들고 유지하는 섬유아세포, 산소와 영양분을 공급하는 미세혈관 등이 포함된다. 정상 조직을 유지하던 구성 요소들이 암세포와 상호작용하면서, 오히려 암의 성장을 돕거나 치료를 어렵게 만드는 조건으로 바뀔 수 있다.

세포외기질은 세포 사이를 채우고 지탱하는 그물망 형태의 구조물이다. 건축물에 비유하면 벽돌 사이를 메우는 시멘트이자 건물의 형태를 유지하는 뼈대에 해당한다. 세포가 제자리를 잡고 조직을 이루는 데 필요한 기반이지만, 종양 주변에서 과도하게 축적되면 문제가 된다. 촘촘하고 단단해진 구조가 약물과 면역세포의 이동을 방해하는 장벽으로 작용할 수 있기 때문이다. 이 과정에 관여하는 것이 암연관 섬유아세포다. 정상적인 섬유아세포는 콜라겐 등 세포외기질 성분을 만들며 조직을 유지하고 상처 회복을 돕는다. 그러나 종양 주변에서는 암세포 등이 보내는 신호의 영향을 받아 성질과 기능이 달라질 수 있다. 이 가운데 일부는 콜라겐을 과도하게 축적시키고 주변 조직을 단단하게 만들어 암세포가 살아가기 유리한 환경을 조성한다. 정상 조직을 돌보던 세포가 암의 생존을 돕는 역할을 맡게 되는 셈이다.

미세혈관도 달라진다. 성장하는 암세포는 산소와 영양분을 확보하기 위해 새로운 혈관 형성을 유도한다. 하지만 종양에 만들어진 혈관은 구조가 불규칙하고 구불구불하며, 혈관 벽을 통한 누출도 나타날 수 있다. 혈관이 늘어난다고 공급이 원활해지는 것은 아니다. 비정상적인 혈관 구조와 주변 조직의 변화가 맞물리면 혈류가 고르게 흐르지 못하고, 종양 내부에는 산소가 부족한 영역이 생긴다.

암세포의 대사 변화도 주변 환경에 영향을 준다. 많은 암세포는 산소가 있는 상황에서도 포도당을 빠르게 분해하는 해당과정을 활발하게 이용하며 젖산을 배출한다. 이러한 대사산물은 주변 세포의 기능과 환경을 바꾸는 데 관여한다. 암세포의 대사와 섬유아세포의 변화, 세포외기질의 축적, 비정상적인 혈관이 서로 얽히면서 종양을 보호하는 조건이 형성되는 것이다. 이 환경은 항암치료에도 걸림돌이 된다. 약물이 투여되더라도 혈류가 불균일하거나 세포외기질이 빽빽하면 암세포에 충분히 도달하기 어렵다. 치료 효과가 떨어지는 이유를 암세포 자체의 약물 내성만으로 설명할 수 없는 이유다. 면역세포 역시 종양 안으로 이동하는 데 방해받거나, 주변의 억제 신호 때문에 제 기능을 발휘하지 못할 수 있다.

결국 원발 암에서도 씨앗과 토양은 분리돼 있지 않다. 암세포가 주변 환경을 바꾸고, 달라진 환경은 다시 암세포의 생존을 돕는 악순환이 이어진다. 원발 암을 이해하려면 암세포의 특성과 함께 그것을 둘러싼 토양의 변화도 살펴야 한다.

조원동 페니트리움바이오사이언스 대표