KAIST, 18종 아미노산 농도와 상호관계 동시 분석…암 진행 따라 대사 지도 재편
기존 CEA 검사보다 높은 예측력 확인…혈액 기반 환자 맞춤 관리 가능성 제시

한 번의 혈액 검사만으로 혈액 속 아미노산의 양뿐 아니라 서로 연결된 구조까지 분석해 대장암 환자의 재발과 전이 위험을 정확히 예측할 수 있는 기술이 개발됐습니다. 암이 진행될수록 몸 전체의 아미노산 대사 체계가 일정한 방향으로 재편된다는 사실도 처음 확인됐습니다.

KAIST 의과학대학원 이지민 교수와 화학과 김현우 교수 연구팀이 강남세브란스병원, 서울아산병원과 함께 혈액 속 순환 아미노산의 상호관계를 분석하는 새로운 연구 체계를 구축했습니다.

암세포는 성장하고 증식하는 과정에서 많은 영양소를 소비합니다. 아미노산은 단백질의 재료일 뿐 아니라 에너지 생산과 DNA 합성에도 사용돼 암세포의 생존에 중요한 역할을 합니다.

특히 대장암은 아미노산 대사가 크게 달라지는 대표적인 암으로 알려져 있습니다. 이러한 변화는 종양 조직뿐 아니라 혈액에도 나타나기 때문에 순환 아미노산은 몸 전체의 대사 상태를 파악할 수 있는 생체지표로 주목받아 왔습니다.

기존 연구는 주로 혈액 속 개별 아미노산의 농도가 얼마나 늘거나 줄었는지를 살피는 데 집중했습니다. 서로 다른 아미노산이 어떤 관계를 맺고 함께 변화하는지에 관한 연구는 충분히 이뤄지지 않았습니다.

연구팀은 소량의 혈청으로 18종의 순환 아미노산을 동시에 측정할 수 있는 19F NMR(불소 핵자기공명 분광법) 기술을 활용했습니다. 이어 각 물질의 농도와 아미노산 사이의 연결 관계를 네트워크 형태로 분석했습니다.

분석 결과 대장암이 진행될수록 혈액 속 아미노산 연결망이 단계적으로 바뀌는 현상이 확인됐습니다. 종양이 성장하면서 특정 부위만이 아니라 몸 전체의 영양소 사용 체계까지 재구성한다는 의미입니다.

암의 진행 단계가 높아질수록 근육과 에너지 대사에 관여하는 발린과 류신 등 분지사슬아미노산의 상대적 비율은 낮아졌습니다. 반면 암세포가 DNA를 만들고 빠르게 증식할 때 사용하는 글리신과 세린의 비중은 커졌습니다.

예상과 다른 결과도 나왔습니다. 글리신은 암세포가 활발하게 소비하는 물질이어서 혈액 속 비율이 감소할 것으로 예상됐지만, 실제 분석에서는 오히려 상대적 비중이 증가했습니다.

글리신을 중심으로 새로운 아미노산 연결망이 형성되는 현상도 확인됐습니다. 연구팀은 이를 대장암이 진행되면서 몸 전체의 대사 체계가 새롭게 짜이는 전신 대사 재프로그래밍의 주요 특징으로 분석했습니다.

연구팀은 아미노산의 농도와 연결 정보를 머신러닝 모델에 입력해 환자의 재발과 전이 위험을 예측했습니다.

그 결과 새 분석법은 병원에서 대장암 환자의 경과 관찰에 사용하는 암배아성항원 검사보다 높은 예측 성능을 보였습니다. 개별 아미노산의 농도만 활용한 기존 방식과 비교해서도 정확도가 향상됐습니다.

이번 연구는 혈액 속 물질의 양을 따로 측정하는 방식에서 벗어나 아미노산들이 어떻게 연결되고 함께 달라지는지를 보여주는 '대사의 지도'를 새로운 생체지표로 활용했다는 데 의미가 있습니다.

연구팀은 향후 혈액검사만으로 환자별 재발 위험을 세밀하게 구분하고 치료와 추적 검사 계획을 세우는 정밀의료 기술로 발전시킬 수 있을 것으로 기대했습니다.

다만 실제 의료 현장에 적용하려면 더 많은 환자를 대상으로 예측 성능을 검증하고 검사 기준을 표준화하는 후속 연구가 필요합니다.

이번 연구는 KAIST 의과학과와 화학과 대학원생들이 제안한 융합 아이디어에서 출발했습니다. 의과학대학원 이지연 학생과 화학과 김주미 박사가 공동 제1저자로 참여했고, 이지민·김현우 교수와 서울아산병원 박은정 교수가 공동 교신저자를 맡았습니다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스트 사이언스(Advanced Science)’에 지난달 9일 온라인으로 게재됐습니다.