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연세대 연세암병원 종양내과 김한상 교수와 대장항문외과 한윤대 교수, 의대 서유라 대학원생 연구팀은 코넬의대 데이비드 라이든 교수팀과 공동연구를 통해 대장암 환자 혈액과 조직에서 분리한 엑소좀 단백질을 분석해 대장암 진단에 활용할 수 있는 바이오마커를 규명했으며, 이를 활용한 진단 검사가 90% 이상의 정확도를 보인다고 29일 밝혔다.
대장암은 조기 진단이 예후를 좌우한다. 대표적 선별검사인 대장내시경은 정확도가 높지만, 검사 전 장 정결제를 복용해야 하는 불편이 있어 환자 부담이 적으면서도 정확한 새로운 진단법 개발 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다. 최근에는 혈액을 이용한 액체생검 기술이 발전하면서 종양세포가 분비하는 나노미터 크기의 엑소좀을 활용한 조기 진단 연구가 주목받고 있다.
엑소좀은 세포가 분비하는 직경 약 80~150nm 크기의 소포체로, 단백질과 핵산 등 다양한 생물학적 정보를 담아 혈액을 통해 전신을 순환한다. 암 환자에서 분비되는 엑소좀은 종양의 특성과 전신 상태를 반영할 뿐 아니라, 종양과 다른 장기 사이의 상호작용에도 관여하는 정보 전달체로 알려져 있다. 따라서 대장암 환자에서 특이적으로 발현되는 엑소좀 단백질은 조기 진단 바이오마커일 뿐 아니라 향후 신약 개발을 위한 치료 표적 후보로도 활용될 가능성이 있다.
연구팀은 대장암 환자 223명의 임상 검체를 바탕으로 연구를 수행했다. 이 가운데 혈액 샘플 90명과 수술 조직 샘플 50명을 포함해, 종양조직과 비종양성 대장조직, 수술 전후 혈액으로부터 엑소좀을 분리·추출하고 단백체 분석을 진행했다.
그 결과 종양조직 유래 엑소좀에서는 특이적으로 발현되는 단백질 745종을 확인했고, 혈액 유래 엑소좀에서는 대장암 환자에서 증가한 단백질 166종을 찾아냈다. 특히 대장암 유래 엑소좀 단백질들은 혈관신생, mRNA 스플라이싱, TGF-β 신호전달, RNA 번역 등 암의 발생과 진행에 관여하는 주요 생물학적 경로와 밀접한 관련을 보였다.
연구팀은 이 가운데 혈액에서 대장암 특이적으로 발현되는 단백질을 다시 선별해, 대장암 진단에 유용한 10개 단백질 패널을 도출했다. 이어 효소면역분석법(ELISA)으로 추가 환자 코호트 총 319명에서 검증한 결과, 이 패널이 90% 이상의 민감도로 대장암을 구별할 수 있음을 확인했다. 또한 해당 단백질들은 수술 6주 후 70% 이상 환자에서 감소하는 양상을 보여, 단순한 진단 바이오마커를 넘어 향후 예후 예측 지표로도 활용될 가능성을 시사했다.
김한상 교수는 “이번 연구를 통해 대장암 환자 혈액 속 엑소좀 단백질을 정밀하게 분석해 진단적 가치가 높은 후보군을 발굴할 수 있었다”면서 “향후 민감도와 특이도가 더 우수한 혈액 기반 조기 진단 기술로 발전시키기 위해 후속 융합연구를 지속하겠다”고 말했다.
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