암세포는 정상세포와 어떻게 다른가

암세포는 정상세포와 어떻게 다른가

 

미국에서는 매년 400,000명이 암으로 죽어간다. 지금 이 글을 읽는 당신의 생활도 가까운 사람이 암에 걸려 영향을 받아왔거나 받고 있을지도 모를 일이고, 그런 일이 수년 내에 일어나게 될지도 모르겠다. 그렇다면 암이란 무엇이며, 왜 이렇게 흔하고 무서운 질병이 되었을까?

암이란 세포가 통제를 받지 않고 증식하는 것을 말한다. 어떤 경우에는 그 중식(체세포분열)속도가 매우 빠르지만, 암이라고 해서 항상 이런 것은 아니다. 정상세포와 암세포에서 세포분열의 차이점은 손실된 조직이 재생되고 사마귀의 대부분이 자라다가 멈추는 것과는 달리, 암세포의 경우는 그 분열이 멈추지 않고 계속 진행한다는 것이다. 이로 인해 생명을 잃는 희생자가 나오는 것이다. 따라서 암이란 악성종양(malignancies)을 말한다.

조직세포는 분열시 얼마나 빨리 분열해야 하는지, 그리고 언제 분열을 멈출 것인지를 알고 있다. 예를 들어 골수세포는 손상을 입거나 파괴된 혈구세포를 대치하기에 충분한 혈구세포를 만들어낸다. 평상시 간의 체세포분열 속도는 매우 느리지만, 수술 등에 의해 간 일부가 절단되면 남아 있는 세포는 빠르게 증식한다. 그러나 이런 증식은 오로지 간조직이 완전히 회복될 때까지만 지속된다. 우리는 현재 단지 그 완전하다는 시기를 조직이 어떤 과정으로든 안다고 추측할 뿐이며, 더 이상은 알지 못한다.

세포가 증식하고 살아가기 위해서는 개체 내에서 적절한 장소(“미세환경”이라 부른다)에 반드시 존재하고 있어야 한다. 만일 분열하고 있는 상피세포를 골수로 보내면, 그들은 더 이상의 분열을 멈추고 죽어버린다. 정맥주사를 통해 실험동물 체내로 골수세포를 들여보내면, 이 골수세포는 온몸에 퍼지기는 하지만, 골수에 터를 잡은 세포만이 계속적으로 분열하여 혈구세포로 분화하게 된다. 그러나 암세포의 경우는 위에서 언급한 특정한 미세환경에 별로 영향을 받지 않는다. 암이란 앞으로 언급을 하겠지만 항상 하나의 세포에서 시작한다―이것을 초기종양(primary tumor)이라 한다. 하지만 통제를 받지 않는 체세포분열이 일정 기간 지나면, 초기 종양에서 떨어져 나온 세포가 몸의 다른 부위로 통하는 혈액이나 림프에 섞이게 된다. 이동한 장소가 모든 암세포서식에 적절한 것은 아니지만, 적절하지 못한 장소라 하더라도 일부의 경우에는 서식할 수 있는 상태를 제공하는 경우가 있어, 암세포가 이런 곳에 오게 될 때 새로운 종양으로 계속 자라게 된다. 이러한 현상을 전이(metastasis)라고 한다. 예를 들면 피부에서 생긴 일부 암세포와 허파에서 생긴 대부분의 종양은 뇌로 전이되고 있다. 비록 환경이 적절하지는 않지만 전이된 세포는 계속 분열하여 그들 원래 세포의 특성을 보이는 것이다. 결국 환자의 생명을 위협하는 것은 바로 이 전이현상인 것이다. 초 암세포는 정상적인 분화를 하는 것 같지 않다. 일반적으로 암세포는 성숙되었을 때 조직세포 특유의 기능과 구조를 갖지 못하고 있다. 일부 암세포의 경우, 분화되었을 때 조직세포 특유의 산물을 만들기는 한다. 즉 내분비 조직에서 발생한 암은 때때로 호르몬을 분비하기도 하고, 암세포로 변한 항체생성세포 또한 항체를 계속 분비하기도 한다.

일부의 암 전문가들은 암세포를 탈분화된(dedifferentiated) 세포라고 믿고 있다―즉 이들 세포는 분화가 되었다가 거꾸로 미분화된 배아의 상태로 되돌아온 것이라는 것이다. 몇 가지 유형의 암세포에서 배아조직 특유의 단백질이 합성되는 것이 밝혀짐에 따라 이에 대한 신빙성이 커지고 있다. Alpha fetoprotein(AFP)과 carcinoembryonic antigen(CEA)이 그 대표적인 물질이다. 이 두 가지 단백질은 모두 정상적인 배아발생과정시 다량 합성되며, 어떤 암세포에서도 다량으로 합성된다.

그러나 암세포가 미분화시 나타나는 구조와 기능을 가지고 있음을 확인하는 또 다른 한 가지 방법이 있다. 체세포분열이 급속히 일어나는 조직내에서는 암세포 발생빈도가 대단히 높다. 따라서 혈구세포(예, 백혈병), 상피세포(carcinoma), 그리고 각종 재생조직 등의 암이 근육세포나 신경세포와 같이 분열하지 않는 세포의 암보다 훨씬 많다. 그러나 분열하는 세포를 그 특성상으로 살펴볼 때 미분화된 세포나 부분적으로만 분화가 일어나고 있는 세포라고 볼 수 있다. 따라서 암세포는 실제 탈분화된 세포가 아니라 발생과 정중에 진행이 저지된 단순한 전구세포에 불과할 수도 있는 것이다. AFP나 CEA와 같은 배아단백질이 성인에서는 약간 나타나고 태아에서 많이 나타난다고는 해도, 이것이 배아조직의 특성을 반영하고 있다는 것보다는 단지 미분화된 세포의 특성을 보이는 것이 아닌가 한다. 실제로 정상적인 성인에서는 소량의 AFP와 CEA가 반드시 발견되고 있다.

유전자와 암의 밀접한 관계는 특정 유형의 암이 유전적으로 발생하고 있다는 가계조사를 보아도 알 수 있다. 한 가지 뚜렷한 예로 xeroderma pigmentosum이라고 하는 암을 들 수 있다. 이 암은 손상된 DNA를 복구하는 효소계가 결핍된 유전적인 장애이다. 자외선에 노출되면 DNA가 손상되는데, 이러한 장애를 가진 사람이 특히 햇빛에 노출될 때 어떻게 피부암이 생기는지를 설명해 줄 수 있다.

암은 하나의 세포에서 유래된 세포집단(클론)이다. 모든 암은 단일 세포에서 시작한다. 정상세포가 암세포로 바뀌는 어떤 경우에도 감염되는 식으로 많은 세포가 한꺼번에 바뀌지는 않는다. 암이 최종단계에 이르면 수십억 개의 암세포가 체내에 존재하게 되는데, 이들은 모두 1개의 전구세포에서 만들어진 것들이다. 따라서 모든 암세포는 초기종양에서 뿐만 아니라 전이될 때도 역시 하나의 클론(clone)을 구성한다.

암이 클론이라는 것을 강력히 시사하는 두가지 형태의 증거를 살펴보기로 하자. 포유동물 암컷의 경우 모든 세포에서 하나의 X 염색체가 비활성화되고 있음을 기억할 것이다. 세포내의 X 염색체가(부성 X이든 모성 X이든 간에) 비활성되는 것은 오로지 기회의 문제이다. X 염색체가 비활성화되는 것은 배아발생 초기에 일어나며 그 과정은 비가역적이다. 암컷의 X 염색체상에 존재하는 유전자가 이형접합할 때, 그 유전자가 발현하면 체조직은 모자이크 상태가 될 것이다. 즉 암컷의 모든 체조직에 있어서 2개의 대립인자 중 하나를 발현하는 적은 세포덩어리가 다른 하나를 발현하는 적은 세포덩어리와 서로 섞이게 된다. 그러나 이런 암컷이 암에 걸렸을 때 암세포가-종양의 크기나 전이의 양에 상관없이-동일한 대립인자를 발현하고 있음을 볼 수 있다. 이런 현상은 하나의 단일 기원세포로부터 암세포가 만들어져야만 설명이 가능한 것이다.

Multiple myeloma는 형질세포라고 불리는 항체분비세포에 생긴 암이다. 사람에서는 수없이 많은 종류의 서로 다른 항체분자가 만들어지는데, 아마도 한번에 수백가지 종류를 만들 것이다. 그러나 multiple myeloma 세포는 모두 동일한 종류의 항체분자만을 만든다. 이는 모든 암성의 형질세포가 하나의 단일 세포에서 시작되어 클론을 형성하고 있음을 시사하고 있다.