광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 의생명공학과 박한수 교수 연구팀이 서울대학교병원 산부인과 이마리아 교수팀과의 공동연구를 통해 자궁내막에 존재하는 특정 유익균이 항암 면역반응을 활성화하고 자궁내막암 재발 억제에 관여하는 기전을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.
이번 연구는 오랫동안 ‘무균 환경’으로 여겨졌던 자궁 내부에서도 암 환자의 예후와 연관된 미생물이 존재하며, 이들이 면역 반응과 밀접하게 연결돼 있음을 입증한 사례로 평가된다. 특히 향후 미생물 기반 항암 치료 전략 개발 가능성을 제시했다는 점에서 주목받고 있다.
자궁내막암은 미국 여성암 발병률 4위를 차지하는 대표적인 여성암으로, 전이 및 재발 단계에서는 기존 항암화학요법만으로 치료 효과와 생존율을 충분히 높이는 데 한계가 있는 질환이다. 최근 장내 미생물이 암의 발생과 면역 조절에 영향을 미친다는 연구들이 이어지고 있으나, 자궁내막 조직 내 미생물이 실제 항암 면역에 어떤 역할을 하는지는 명확히 밝혀지지 않았다.
공동 연구팀은 자궁내막암 환자와 양성 자궁질환 환자의 자궁내막 조직을 대상으로 유전체·전사체·단백질체·대사체를 통합 분석하는 다중오믹스 분석을 수행했다. 그 결과, 재발 위험이 낮고 생존 기간이 긴 자궁내막암 환자군에서 특정 유익균인 Bacillus megaterium(BM)이 상대적으로 많이 존재하는 것을 확인했다.
연구팀은 이어 이 유익균이 항암 면역 활성과 연관된 대사물질인 TMAO(트라이메틸아민-N-옥사이드) 생성 과정에 핵심적인 역할을 하는 유전자 ‘cutC’를 보유하고 있다는 사실을 밝혀냈다. 또한 자궁내막 조직과 혈액을 분석한 결과, 해당 유익균의 존재량이 많을수록 혈중 TMAO 농도 역시 높아지는 상관관계가 관찰됐다.
특히 연구진은 유익균이 음식 속 콜린 성분을 분해해 생성한 TMAO가 체내 면역 신호인 제1형 인터페론(Type I Interferon)을 자극하고, 이것이 암세포를 공격하는 T세포 활성화로 이어지는 과정을 규명했다. 즉, 미생물 대사 과정이 항암 면역 활성과 직접 연결된다는 점을 밝혀낸 것이다.
세포 실험과 영상 분석에서도 Bacillus megaterium을 적용했을 때 자궁내막암 세포 증식이 억제되고, 암세포 주변 면역세포가 증가하는 현상이 확인됐다. 또한 제1형 인터페론 등 면역 관련 유전자 발현이 증가했으며, 주요 대사산물인 TMAO만 단독 처리한 경우에도 유사한 면역 활성 효과가 나타났다.
박한수 교수는 “이번 연구는 세균·대사체·숙주 면역반응을 동일 환자 코호트에서 통합적으로 추적해 단일 균주 수준의 항암 면역 유도 경로를 체계적으로 규명한 첫 사례”라며 “기존 항암제나 면역항암제 반응이 제한적이었던 자궁내막암 환자에게 새로운 미생물 기반 병용 치료 전략 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 말했다.
이마리아 교수는 “‘왜 어떤 환자는 재발하고 어떤 환자는 재발하지 않는가’라는 질문에 대해 미생물 관점의 새로운 설명을 제시한 연구”라며 “향후 다양한 인종과 다기관 환자군에서 추가 검증을 진행하고, 환자 유래 세포 모델과 동물실험 등 생체 내 연구로 확장해 임상 적용을 앞당길 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구에는 GIST 민경찬 박사(중앙대학교 의과대학 비뇨의학교실·중앙대학교병원 비뇨의학과 조교수), 김세익 교수, GIST 이민지 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 연구는 한국부인종양연구회와 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 보건복지부·한국보건산업진흥원 융합형 의사과학자 양성사업의 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 미생물학 분야 국제학술지 Microbiome에 지난 4월 20일 온라인 게재됐다.
한편 GIST는 이번 연구 성과와 관련한 기술이전 협의는 기술사업화센터를 통해 진행할 수 있다고 밝혔다.
