간세포 암종의 경우, 조기 진단이 어려워 예후가 좋지 않은 암종으로 알려져 있다. 몇 가지 알려진 주요 약물들; 티로신 키나제 억제제(tyrosine kinase inhibitor (TKI)) 또는 VEGFR에 대한 단일 항체가 주요하게 사용되고 있으나, 부작용이 존재하며 내성에 따른 효능이 제한되는 경우가 있다. 따라서, 간세포 암종 환자의 생존율을 높이기 위해서는 새로운 효과적인 치료법이 필요하며, 이를 위해서는 더 많은 환자 유래 데이터가 필요한 실정이다.
간세포암종의 발달과 관련한 유전자 돌연변이
만성 간질환에서의 염증이나, 발암 물질에 대한 지속적인 노출은 세포의 지속적인 괴사 유도 하는데, 이는 간에서는 텔로머라제(Telomerase)의 활성이 없기 때문에 텔로미어(Telomere)를 짧게 하 는 현상을 유발한다. 따라서, 간 경변은 짧은 텔로미어를 가진 노화된 간세포의 결절로 구성되어 있 다고 볼 수 있고, 이는 쥐(mouse) 모델에서의 화학적 또는 유전적 간 손상에 의한 간 경변이 쉽게 일어나는 현상으로도 설명이 된다. 그러나, 위 경우의 모델에서 텔로머라제의 재활성화가 텔로미어 의 단축 및 복제 노화를 회피하여 간세포의 악성으로의 형질 전환을 촉진시킨다. 실제로, 인간 HCC 간세포 암종에서의 분자적 분류 및 정밀 종양학의 발전 이정우 Page 4 / 11 종양의 95%가 텔로머라제 역전사 효소(TERT)의 재발현을 보유함이 확인되었는데, TERT의 hotspot 돌 연변이(40~60%), TERT의 증폭(amplification) (5%), TERT의 전위(translocation) 및 HBV 관련 HCC에서 의 TERT 프로모터에의 바이러스 삽입(10%)으로 설명되며, 초기 HCC의 60%까지의 돌연변이 정도는 간 경변에서 간세포의 노화를 우회하기 위한 기전에 대한 중요한 유전자임을 알 수 있는 대목이다. 더욱이, 간 경변 및 초기 HCC에서의 전사체 분석은 과정의 초기의 MYC 활성화가 악성 형질 전환 과정에 관여할 수 있음을 보였고, TGFβ, WNT 또는 NOTCH의 활성화는 이후 단계의 간암 발생 동안 발생함을 알게 하였다.
정상 간에서의 HCC 발생은 10% 미만으로 드물지만, 간 경변의 복잡한 간 발암 기전과 달리 직접적인 기전을 이해할 수 있는 모델로도 생각될 수 있다. 정상 간에서의 발암은 첫째로 바이러스 의 감염으로 설명할 수 있는데, 잘 알려진 Hepatitis B Virus (HBV)는 인간의 DNA에 삽입될 수 있고, 바이러스성 종양 단백질인 HBx의 작용 및 삽입된 돌연변이 유발에 의한 기전이라고 알려져 있다. 암과 관련된 유전자 근처의 바이러스 삽입은 해당 유전자의 기능을 변형하여 악성 변형을 촉진할 수 있으며, HBV의 삽입에 의해 반복적으로 확인되는 주요 유전자들로는 TERT, MLL4, CCNA2, CCNE1 이 있다. 다만, 바이러스 삽입에 의한 돌연변이는 정상 간에서의 HBV-HCC에만 국한되지는 않고, 간 경 변성 간에서도 나타날 수 있다.
HCC는 Darwinian 선택(또는 Natural selection, 환경에 대해 생존에 적합한 형질이 생존한다 는 이론)을 거친 다중적인 유전체 및 후성유전체 변이의 순차적 축적을 통해 간세포 내 발생하는 복 잡한 질병이다. 최근 차세대 시퀀싱(New Generation Sequencing, NGS)을 통해 연구자들은 HCC의 정 확한 유전적 정보를 설명할 수 있게 됨에 따라, 암마다 약 50~70개의 단백질을 변이 시킬 수 있는 돌연변이의 수준이 확인이 된다는 것을 밝혔다. 돌연변이의 대부분은 간접적이며(passenger) 무작위 로 축적되어 발암에 관여하지 않으나, 6개 주요 신호 경로를 조절하는 소수의 직접적인 (드라이버, driver) 돌연변이가 확인된다. 이렇게 직/간접적 돌연변이를 분류하는 연구의 개발을 통해 텔로미어 유지, Wnt/β-catenin, P53/ 세포주기 조절, AKT/ mTOR, MAP kinase, 후성유전적 변이, 산화 스트레스 등을 포함한 6개의 주요한 생물학적 경로로 분류가 가능한데, 가장 널리 알려진 유전자로는 TERT의 프로모터, TP53, CTNNB1, AXIN1, ARID1A/2가 있고, 그 외 유전자들은 10% 미만으로 발견된다. 이들 은 상호적이며 독립적인(Epistatic) 작용을 가진 돌연변이로써도 설명이 되며, 발암 과정의 주요한 요 소임이 밝혀 지고 있는데, 실제로 돌연변이들이 기능적으로 중복되어 발생하는 경우가 더 해로운 결 과를 보여주는 이유를 설명할 수 있다. 상호작용은 크게 세 종류의 주요한 관계성으로 나타나는데 하나는 CTNNB1 및 TERT의 프로모터의 돌연변이와 ARID2, NFE2L2의 돌연변이, 둘째로는 AXIN1 돌 연변이와 RPS6KA3, ARID1A 돌연변이, 마지막으로는 TP53 돌연변이와 KEAP1, TSC2의 돌연변이 및 CCND1/FGF9의 증폭(amplification)이다. 이 중 CTNNB1 돌연변이는 AXIN1과 TP53 돌연변이에 대해 각각 음성의 상호작용이 확인되었다.
후성유전적 조절의 경우 DNA 메틸화(methylation), 히스톤(histone), 염색체의 리모델링 (chromatin remodeling) 또는 microRNA나 lncRNA (long non-coding RNA)와 같은 비코딩 RNA의 변 화 등을 아우르는 다양한 기전을 통해 유전자의 발현을 조절함으로써 간암 발생에 중요한 역할을 한다. 이는 간세포 암종 중 약 20-50%로 빈번하게 차지한다고 보고되어 유전적 변화와 더불어 그 이해에 대한 중요성이 강조되었다. DNA 메틸화와 microRNA 발현이 현재까지 HCC에서 가장 잘 조 사된 후성유전학적 변화이며, 메틸화의 경우, 여러 유전자의 프로모터에서 비정상적인 메틸화가 보 고되었다. 그 중 CDKN2A의 프로모터의 메틸화에 의해 비활성화되거나, IGF2의 저 메틸화를 통해 활 성화되는 기능이 간 종양 형성에 직접적으로 관련 있다고 알려져 있다. HBV나 HCV 등의 바이러스 성 위험 요인도 종양 세포에서 DNA 메틸화를 직접 조절한다는 것이 알려져 있는데, 대표적으로 광 범위한 유전자의 프로모터 지역의 CpG 메틸화와 CTNNB1 돌연변이와의 연관성이 있으며, CDKN2A 프로모터 메틸화는 TERT의 프로모터 돌연변이와 연관이 있다고 보고되었고, 전반적인 저 메틸화가 유전체의 불안전성(genomic instability)과 상관성이 있음이 알려졌다. microRNA의 경우에는 비정상적 발현이 세포의 증식, 사멸, 혈관 신생, 침습, 전이 등의 규제에 관여하여 HCC를 진행시킨다고 보고되 었다.
종양의 진행 및 이질성
분자적인 특징을 통해 종양의 공격성 및 재발 위험의 연관성을 알 수 있는데, 간모세포 (hepatoblast) 시그니처, 줄기세포 시그니처, 증식성 하위 그룹, “5개 유전자점수” 등 몇 가지 전사체 적인 시그니처가 종양 재발을 예측하는 것으로 확인되었다. 다만, 분자적 특성은 전향적 연구에서는 아직 검증되지 않았으며, 임상적으로 사용되고 있지 않다. 일부 간 절제술로 치료한 환자에 대해 예 후가 좋지 않은 경우 TP53, RB1, CDKN2A 또는 FGF19의 증폭의 돌연변이를 마커로 보고되었으나, 암 조직 생검(tumor biopsy) 과정 중의 한계로 HCC에서의 유전체 데이터가 부족한 상황이며, 종양 기전 을 이해하는 대에는 더 많은 데이터가 필요한 실정이다. 5.2. 종양 이질성 HCC의 분자적 접근에 또 다른 문제는 종양 이질성과 관련이 있는데 여러 연구에서 종양 세 포 내에 중심이 되는 돌연변이가 존재하고 종양의 다른 국한된 지역에만 독립적인 돌연변이가 존재 하는 종양 내 이질성이 있을 수 있음을 확인하였다. 일부 연구들에서 CTNNB1, TP53, TERT와 같은 주 요한 드라이버 유전자들이 중심 돌연변이이며 이상적인 치료 표적임이 제시되었으나, 큰 규모의 환 자들에 대한 종양 내 이질성에 대한 복잡성을 해석하기 위해서는 메틸화 및 전사체 데이터의 확보 및 깊이 있는 연구가 필요한 실정이다. HCC에서 관찰되는 간 경변이나 간 내 전이의 배경에 대한 독립적인 종양 간 이질성도 포함될 수 있는데, 종양의 클론성(clonality, 동일한 성질을 지닌 세포들 이 증식하는 현상)을 확인하기 위한 연구에 따르면 환자의 20~40%에서 간 내 전이가 관찰되는 반 면에, 나머지는 간 경변에 대한 새로운 발암과 관련이 있다고 밝혔다. 다만 연구의 대부분이 절제 또는 이식 후 수술 샘플에서의 수행된 연구이기 때문에, 더 진행된 단계에서의 차이가 존재할 수 있 으며, 환자에 대한 치료 중 저항(resistance)에 대한 반응의 이해에 있어 종양 이질성에 대한 부분이 필수적인 요소이다.
표적치료를 위한 모델링
다른 많은 암에서 표적 치료의 상당한 성공이 확인되었음에도 HCC는 가장 적은 혜택을 받 은 악성 종양 중 하나이다. 원인은 HCC의 진행된 단계에서의 확보하기 어려운 점으로 설명할 수 있 으며, 이는 분자적 원인과 임상적인 치료 반응과의 관계를 이해하는데 한계로써 작용한다. 따라서, 전임상 모델의 개발이 중요한데, 암에서 가장 일반적으로 사용되는 모델로 종양 유래 세포주와 환자 유래 종양 이종 이식(PDTX)이 있고, 이는 원발성 종양의 일반적인 분자적 특징을 대체적으로 유지하 는 것으로 나타났다. 최근 HCC의 불충분한 세포 수의 제한에 대한 격차를 줄이기 위해 31개의 항암 제를 34개 간암 세포주(Liver cancer cell lines, LCCLs)에 대해 스크리닝(screening)한 모델에 대해 다중 오믹스(multi-omics) 기반의 특성화를 진행하는 연구가 수행되었고, 이 연구는 현재 이용 가능한 간 암세포주의 HCC 증식 그룹의 돌연변이나 전사체 시그니처 등을 재연하는 분자적 플랫폼 역할의 가 능성을 보여주었다. 다만 비 증식 그룹에 대한 세포주 모델은 아직 확립 되는 성공률이 낮아 부족한 단계이고, shRNA나 CRISPR/Cas9을 이용한 대규모의 기능적 스크리닝을 통한 암 관련 유전자를 확인하는 방법에서 사용하는 세포주는 포함되지 않았다는 한계가 존재한다. 종양 유래 세포주의 2D 배양 조건이 종양 세포의 기본적인 3D 환경을 완전하게 재현하지 않아 약 물 반응에 대한 영향의 차이가 있을 수 있다. PDTX의 경우 2D보다는 원발성 종양을 더 잘 모방할 수 있는데 현재까지의 총 116개의 HCC와 관련한 PDTX가 보고되어 있으며, 데이터는 PDXliver 데이 터베이스에 정리되어 있다.그러나 이 역시 약물 반응에 대한 데이 터 수가 적으며(26개), 분자 특성에 대해 완전하지 않아 제한점이 존재하며, 일부 화학적 또는 유전 적으로 조작된 모델로 마우스에서 의 수십여 개 HCC 모델도 개발되었으나, 역시 다른 종 간의 비교를 위한 체계적인 분석을 위해서는 샘플이 제한된다는 한계가 존재한다.
간세포 암종 치료에 상당한 진전이 있었음에도 불구하고, 효과적인 정밀 의학의 시행에 있어 여전히 일부 제약 때문에 한계가 남아 있다. 이는 치료에 대한 반응을 예측하는 데에 신뢰할 수 있 는 바이오마커의 부재로, HCC에서의 돌연변이 등의 유전자 간 상호작용을 더 잘 이해하면 더욱 효 과적인 마커 발굴에 도움이 될 수 있다. 단일 세포 접근 방식을 통한 종양 내 이질성을 통한 세부적 인 특성화를 통해 치료 저항에 대한 새로운 정보를 얻는 것과 새로운 전임상 모델을 개발하는 것, 그리고 면역 시스템의 기능과 관련한 organoid 등의 모델을 적용이 효과적인 바이오마커 발굴을 가 능하게 할 수 있다. 마지막으로, 간세포 암종 환자에 대한 체계적인 종양 조직 생검 및 혈액 샘플링 을 수행하여 향후 더 많은 바이오마커에 대한 임상 시험이 시행될 수 있는 체계가 필요하며, 모든 데이터들의 통합을 통해 더욱 강력하고 효과적인 예측 바이오마커를 찾는 것이 가속화 될 수 있을 것이다.