[Science innovations] 항암백신의 꿈은 이루어질까

40년 암과의 전쟁에도 승리는 요원하지만 개발되면 화학요법이나 방사선 치료 없이 완치되거나 홍역처럼 예방도 가능해

예상대로라면 섀리 베이커(53)는 이미 수 년 전에 이승과 작별을 고해야 했다(By all rights, Shari Baker should have said her final goodbyes years ago). 애리조나주 스코츠데일의 보석 디자이너인 베이커는 겨드랑이에 잡히는 멍울(lump) 때문에 병원을 찾았다. 의사들은 무해한 낭종(harmless cyst)으로 판정했다. 그러나 그로부터 1년이 넘은 2005년, 베이커는 전이성 유방암 4기(stage IV metastatic breast cancer) 진단을 받았다. 그 단계면 환자의 최소 80%가 5년 안에 생을 마감한다. 전이된 유방암 진단을 받는 환자의 절반은 39개월 안에 사망한다. 베이커의 경우는 암이 척추로 전이됐다. 그러나 베이커는 포기하지 않았다. “난 운동선수였고 보디빌딩도 했다”고 그녀가 말했다. “열심히 운동하고 올바로 먹었다. 암과 싸워 이겨낼 생각이었다(I was going to fight this).”

베이커는 임상실험(clinical trial)에 참여할 길을 찾기 시작했다. 국제암환자옹호네트워크(ICAN)의 정보를 검색하다가 눈이 번쩍 뜨였다. 항암 백신(cancer vaccine)이었다. 2006년 5월 베이커는 워싱턴대를 찾아가 상박에 백신 주사를 맞았다. 그뒤 5개월 동안 주사를 5차례 더 맞았다. 지금은 전신 스캔을 해도 암이 전혀 발견되지 않는다. 거의 승산이 없다고 예상되던 싸움에서 그녀는 이겼다.

공상과학 영화에나 나오는 나노 카메라가 없기 때문에 백신이 베이커 체내에서 정확히 어떻게 작용했는지 알 길은 없다. 그러나 실험실 동물과 배양접시의 세포를 연구한 과학자들은 상당히 구체적인 추정을 할 수 있다. 그 백신에는 ‘her2/neu’라는 분자의 조각들이 들어 있었다. 암세포 표면에 붙어 특정 유방암의 성장과 확산을 촉진하는 분자다. her2/neu가 주입되자 베이커의 면역체계(immune system)는 그 분자를 침략자로 간주했다. ‘CD4’로 불리는 세포가 경보를 울려 백혈구의 T세포를 활성화했고, 그 T세포가 베이커의 종양에 침투해 ‘세포독성 T세포(cytotoxic T cells)’라는 특공대를 불러들였다. 이 ‘킬러’ T세포는 베이커의 유방만이 아니라 척추에 있는 암세포까지 무차별로 공격해 파괴했다. 임상실험에 참여한 나머지 여성 21명 중 상당수도 증상이 호전됐다. her2/neu 백신을 개발한 워싱턴대의 면역학자 메리 디시스는 이제 백신이 “암을 억제하거나 완전히 제거하는(control or even eliminate cancer)” 미래를 그린다.

1971년 12월 23일 닉슨 대통령은 암과의 전쟁(war on cancer)을 선포했다. 하지만 그로부터 40년이 지난 지금까지 암 퇴치는 아직도 요원한 꿈이다. 과학자들은 몇 년 전만해도 가능성이 별로 없다고 생각했지만 이제 새로운 길을 찾기 시작했다. 항암 백신이다. 성공한다면 이 백신은 암치료에 혁명을 일으킬 것이다. 끔찍한 부작용을 수반하는 화학요법(chemotherapy)과 방사선 치료(radiation)가 필요 없어질지 모른다. 그런 치료는 거의 효과가 없거나 암세포가 내성을 갖게 되는(become resistant) 경우가 많다.

최근 전이성 유방암을 치료하는 신약 두 가지를 소개하는 보도가 나왔다. 연구 결과 그 약이 환자의 생존기간을 단 하루도 늘려준다는 점이 확인되지 않았는데 기사는 대단한 약인 듯 소개했다. 이제 백신이 그보다 훨씬 효과적인 치료제가 될 수 있을지 모른다. 아울러 백신으로 암도 홍역(measles)처럼 예방이 가능할지 모른다.

‘할지 모른다’는 표현에 명심해야 한다. 항암 백신은 아직 실험 중이다. 환자, 의사, 과학자들은 기적처럼 보이는 암 치료법이 한순간 무용지물이 될 수 있다는 사실을 너무도 잘 안다(know only too well that seemingly wondrous cancer therapies can flame out). 그러나 진전 속도가 빨라지는 중이다. 2010년 미 식품의약국(FDA)은 최초의 항암 백신을 승인했다. 전립선암을 치료하는 프로벤지(Provenge)다. 다른 백신 수십 가지도 개발 중이다. 지난 여름 펜실베이니아대 연구진은 “20년을 연구해 온 획기적인 암 치료제(breakthrough 20 years in the making)”를 선보였다. 만성 림프구성 백혈병(CLL)을 치료하는 백신으로 관해(remission: 증상이 완화된 상태) 기간이 약 1년이며 계속 늘어나는 중이다. 개발자들은 이 백신을 약간 손보면 폐암(lung cancer), 난소암(ovarian cancer), 골수종(myeloma), 흑색종(melanoma)도 치료할 수 있으리라 믿는다. 췌장암(pancreatic cancer)과 뇌암(brain cancer)을 공격하는 백신도 테스트 중이다. 워싱턴대의 디시스는 암 예방 백신 개발 프로젝트로 미 국방부에서 790만 달러의 보조금을 받았다. 그녀는 “처음으로 항암 백신 임상실험에서 특이성을 가진 한두 명이 아니라 환자 다수가 효과를 나타낸다”고 말했다.

우선 몇 가지 기초 사항부터 알아보자. ‘항암 백신’이란 악성세포(malignant cells)를 공격하도록 면역체계를 자극하는 무엇을 의미한다. 악성세포가 가진 것과 똑같은 분자를 주입하는 방법이 가장 직접적이다. 이런 분자를 ‘항원(antigen)’이라 부른다. her2/neu 백신처럼 항원은 암세포 표면에 들러붙어 T세포를 유도해 항원을 공격하게 만들면서 그 항원을 가진 특정 세포를 파괴하는 ‘킬러’ T세포의 생산을 촉진한다. 우리 몸이 자체 세포를 공격한다는 게 이상하게 느껴질지 모르지만 항원을 적절히 조정하면 면역체계가 종양을 공격하도록 유도할 수 있다. 그런 백신은 종양을 파괴하는 치료제(therapeutic)에 속한다. 아울러 이론상으로는 백신이 종양의 형성을 막는 예방책(preventiv)이 될 수도 있다.

면역체계를 제어하는 방식은 기존의 암 치료법과 완전히 반대다. 화학요법과 방사선 치료는 면역체계를 약화시킨다. 그래서 대체의학 주창자(alternative practitioners)들은 그런 치료에 반대한다. 물론 그런 대체요법을 따르면 치명적일 수 있다. 그러나 암과 싸우는 방법의 하나로 면역체계의 중요성이 주도적인 종양 연구자들의 새로운 주목을 받고 있다. 주요 옹호단체도 면역체계를 활용하는 방식을 모험적인 승부수로 간주하기 시작했다. 지난해 전미 유방암연합(NBCC)은 2020년 1월 1일까지 유방암을 완전 퇴치한다는 대담한 목표 아래 아르테미스 프로젝트(Artemis Project)를 시작했다. 프랜 비스코 NBCC 대표에 따르면 그 목표 달성의 가장 빠른 길은 백신이 될 가능성이 크기 때문에 적합한 표적 항원을 찾는 연구에 보조금을 지급한다.

시의적절한 노력이다. 유방암 백신 연구가 활발한 상황이기 때문이다. 최근 생명공학 업체 앤티젠 익스프레스(Antigen Express)는 자사가 개발한 her2/neu 백신을 투여받은 환자의 89%가 22개월 뒤에도 생존했다고 발표했다. 백신을 투여받지 않은 환자들의 경우는 그 비율이 72%였다. 앤티젠 익스프레스는 FDA로부터 2012년 제3단계 임상실험 승인을 받을 수 있다고 기대한다. 흥미롭게도 이 백신은 her2/neu 수치가 너무 낮아 유방암 치료제 허셉틴(Herceptin)을 사용하기에 부적합한 여성에게도 도움이 될 수 있을지 모른다. 앤티젠 익스프레스의 에릭 본 호페 대표는 “유방암 환자의 75%에게 이 백신을 사용할 수 있다”고 말했다.

백신의 효과는 존재하는 종양을 파괴하는 데 그치지 않는다. 바로 그 때문에 백신은 암치료의 혁명을 일으킬 잠재력을 갖는다. 암은 매우 교활하다. 세포가 확산되는 생물학적 경로를 곧잘 바꾼다. 그래서 화학요법이나 표적분자 치료법(targeted molecular therapies)은 얼마 안 가 효과가 줄어든다. 요란하게 선전된 다기능 암치료제 아바스틴(Avastin)도 생존률을 겨우 몇 달 늘렸을 뿐이다. 하지만 백신은 암세포가 어떻게 경로를 바꾸든 그에 맞춰 대응할 수 있다(vaccines could match the cancer cells move for move). 워싱턴대의 디시스가 개발한 백신을 투여받은 여성의 경우 T세포는 유방암 세포를 파괴해 먹어치운 뒤 다시 뱉어냈다(after T cells destroy breast cancer cells they gobble them up and spit them out). 그러면 암세포를 덮었던 항원이 체내에 가득 흐른다. 그 항원이 다시 면역체계를 자극해 새로 형성되는 종양 항원에 맞선다. 이런 면역력이 체내에 널리 퍼지면 T세포가 언제든 활성화될 준비를 갖춘다. 백신을 투여받은 후 수년이 지나도 종양 세포를 파괴할 능력을 가졌다는 뜻이다. 천연두(smallpox vaccine) 백신처럼 평생 면역(lifelong immunity)을 제공할 수 있다.

항암 백신의 마지막 혜택은 섀리 베이커가 생존하는 이유를 설명해 줄지 모른다. T세포는 절대 과거를 잊지 않는다. 암이든 천연두든 일단 면역체계가 위협을 표적으로 삼으면 그 위협이 다시 나타날 때 언제든 공격할 준비를 갖춘 예비군을 갖게 된다. 그 결과 원칙적으로 말하자면 그 백신의 면역력은 유방암이나 다른 암에도 영구히 작용할 수 있다.

최근 들어 면역체계가 암을 격파할 수 있다는 점을 시사하는 연구 결과가 여럿 나왔다. 종양 내부와 외부의 면역 활동(특정 백혈구의 존재를 의미한다)은 암이 관해 상태에 들어가거나 아예 사라질 가능성을 시사한다. 예를 들어 2006년의 한 연구에서 ‘킬러’ T세포를 가장 많이 끌어들이는 대장암(colon cancer)은 치료 후 재발 확률이 낮았다. 마찬가지로 초기 폐암 세포나 유방암 세포가 T세포를 끌어들이는 분자로 가득하면 환자는 전이(metastasis)를 면하거나 관해 상태를 유지하거나 더 오래 살 가능성이 크다. 간암(liver cancer)과 난소암의 경우 종양에 T세포가 침투하면 환자는 더 오래 생존한다. 면역체계의 위력을 말해주는 마지막 단서가 있다. 캘리포니아대(UCLA)의 유방외과 전문의 수전 러브는 지난 봄 아르테미스 프로젝트 워크숍에서 “유방 X선 촬영에서 발견된 종양의 적어도 30%는 아무런 처치 없이도 저절로 사라진다(at least 30 percent of tumors found on mammograms would go away even if we did nothing)”고 말했다. 우리 몸의 면역체계가 암을 제거하는 능력을 가졌을 가능성을 시사하는 단서다.

따라서 당연히 이런 의문이 든다. 잘 작동하는 면역체계를 가진 사람이 암에 걸리고, 그 때문에 목숨을 잃는 이유가 뭘까? 한가지 이유는 종양 세포가 T세포를 쫓아내거나 파괴하는 방어 분자(defensive molecules)를 생산한다는 사실이다. 실험 단계에 있는 여러 치료법이 그런 시스템을 우회하려고 한다. 2011년 초 FDA가 승인한 전이성 흑색종 면역요법제 예보이(Yervoy)가 대표적이다. 예보이는 세포 독성 T 임파구 항원(CTLA4)으로 알려진 분자를 차단한다. 면역체계의 능력을 저해하는 역할을 하는 분자다. “예보이는 면역체계를 가로막는 빗장을 제거해 암을 파괴하도록 한다(takes the brakes off the immune system and lets it kill the cancers)”고 MD 앤더슨 암센터의 종양 면역학자 패트릭 후가 말했다. 그는 또 다른 흑색종 백신을 개발하는 중이다. 예보이는 브리스톨 마이어스 스퀴브 제약사가 만들었고 가격이 12만 달러다.

하지만 효과는 대단치 않다. 평균 생존 기간을 6.5개월에서 10개월로 연장하는 데 불과하다. 더 나은 효과를 내려면 더 많은 면역 자극 분자를 백신에 투입해야 한다고 후가 말했다.

미 국립암연구소(NCI)에 따르면 확인되는 암 종류는 150가지가 넘는다. 거의 생존이 보장되는 고환암(testicular cancer)부터 신속히 생명을 앗아가는 췌장암까지 다양하다. 현재 실험 단계에 있는 백신들은 기존 치료제가 잘 듣지 않는 가장 치명적인 몇 가지 암을 표적으로 삼는다. 예를 들어 2011년 11월 NCI 종양 면역학자 제임스 걸리가 이끄는 팀은 전이성 난소암과 유방암 둘 다에 잘 듣는 실험적인 백신 팬백(PANVAC)으로 유망한 결과를 얻었다고 발표했다. 팬백에는 암세포에서 흔히 발견되는 두 가지 항원의 유전자가 들어 있다. 발암 배아성 항원(CEA)과 뮤신1(MUC1)이다.

그 연구에서 난소암 환자 14명은 지금까지 평균 15개월을 생존했다. 전이성 유방암 환자 12명은 평균 생존기간이 13.7개월이었다. 전체 평균보다 약간 길 뿐이다. 그러나 걸리는 전이성 유방암이 “완전히 사라진” 환자 한 명에 주목한다. 그 환자는 진단 후 4년 이상 생존하고 있다. “이전엔 볼 수 없었던 수준의 종양 수축이 나타났다(We see shrinkage of tumors that we’ve never seen before)”고 걸리가 말했다. 걸리는 화학요법을 받지 않은 환자에겐 그보다 효과가 더 나으리라고 생각한다. 화학요법은 면역체계를 ‘지치게(beat up)’ 만들기 때문이다.

백신은 치명성으로 악명 높은 췌장암도 다스릴 수 있을지 모른다. 버트 윌리엄스(78)는 2010년 1월 췌장암 판정을 받았다. 하지만 두 달 뒤인 3월에 그는 의사들에게서 들을 수 있는 최악의 선고를 들었다. 의사들은 그에게 “종양 제거에 실패했다(we didn’t get it)”고 말했다. 종양의 위치가 희한해 수술을 하면 목숨이 위태로웠기 때문이었다. 윌리엄스는 사형선고를 받았다고 생각했다. 그러나 아내 게일이 뉴저지 암연구소에서 실시하는 임상실험을 찾아냈다. 그곳의 종양학자 엘리자베스 포플린은 윌리엄스에게 “바로 당신 같은 사람을 찾고 있었다”고 말했다. 윌리엄스는 면역체계를 약화시킬 수 있는 암치료를 전혀 받지 않은 상태였기 때문이었다. 그는 실험용 백신을 투여하는 데 동의했다.

윌리엄스는 2010년 3월 첫 백신을 투여받았다. 종양에 직접 주사했다. 그해 12월 전신 스캔 결과 어디에도 종양이 발견되지 않았다. 임상실험에 참가한 사람 중 윌리엄스 외에도 수술이 불가능한 췌장암 환자 5명 중 3명이 상태가 안정적이라고 포플린이 최근 발표했다. 그 백신이 종양 항원 CEA와 MUC1을 체내에 흘려 보내 T세포를 자극함으로써 그런 항원을 가진 종양세포를 괴사시켰기 때문인 듯하다. 포플린은 “13개월에서 19개월 전에 백신을 투여받은 환자들의 상태가 매우 안정적”이라고 말했다. “예전보다 효과가 훨씬 오래 간다. 간이나 다른 장기에 전이된 환자도 없다. 췌장암은 전이성이 매우 강한 데 퍼지지 않았다니 아주 놀라운 일이다(None have liver or other metastases, which is surprising because pancreatic cancer likes to spread everywhere).”

뇌암도 췌장암만큼 치명적이다. 그러나 적어도 한가지 실험 백신은 가장 흔하고 매우 공격적인 뇌암인 다형성교아종(glioblastoma multiforme)에서 가능성을 보여준다. 그 백신에는 뇌암 세포를 뒤덮는 ‘상피 성장인자 수용체 변이 III(epidermal growth factor receptor variant III)’ 항원이 들어 있다. 듀크대의 임상실험에서 뇌종양을 수술로 제거한 환자 18명이 이 백신을 투여받았다. 2010년 듀크대 과학자들은 그들의 평균 생존기간이 26개월이었다고 발표했다(보통은 14개월이다). 지난 7월에는 MD 앤더슨의 래리 곽과 동료들이 여포성임파종(follicular lymphoma)을 공격하는 실험 백신을 투여받은 환자에게서 관해 기간이 백신을 투여받지 않은 환자보다 거의 두배나 됐다고 발표했다. 제약사 바이오베스트 인터내셔널은 ‘바이오백스ID(BiovaxID)’로 이름 붙인 그 백신을 2012년 FDA에 승인 신청할 계획이라고 밝혔다.

지금까지 유망하다고 간주된 암치료제(would-be cancer cures)는 늘 등장했다가 곧바로 사라졌다. 백신도 우리의 기대에 부응하지 못할지도 모른다. 많은 연구에서 섀리 베이커나 버트 윌리엄스 같은 환자는 아주 예외적인 경우다. 다른 환자들이 거의 아무런 혜택을 받지 못하는 반면 그런 사람들은 거의 기적적으로 반응한다. 과학자들은 왜 그런 차이가 나는지 진지하게 연구 중이다. 어떤 환자는 강한 면역 반응을 발휘하기에는 너무 허약하다. 일부 노인에게 독감 백신이 듣지 않는 이유도 거기에 있다. 아울러 면역요법은 효과가 나타나려면 수 개월이 걸린다. 그동안 종양이 자라 전이되기도 한다. 또 백신이 표적으로 삼는 항원이 건강한 세포에도 존재한다면 ‘킬러’ T세포는 그 세포까지 공격해 자가면역질환(autoimmune disease)을 일으킬 수 있다.

이런 어려움에도 불구하고 항암 백신 옹호론자들이 늘어나는 추세다. 백신 연구 자금도 늘어난다. 수백 건의 임상실험이 환자들을 모집하는 중이다(clinicaltrials.gov 사이트의 검색창에 ‘cancer and vaccine’을 입력하면 정보가 제공된다). MD 앤더슨의 래리 곽은 “항암 백신 개발에 수년 동안 실패한 끝에 이제야 제대로 길을 들어섰다(After many years of failure with cancer vaccines, we’re finally getting it right)”고 말했다. 어제와 오늘 하루 사이에 미국인 1500명이 암으로 목숨을 잃는다. 더 이상 지체할 시간이 없다(There is no time to waste).

번역 이원기