[헬스코리아뉴스 / 이순호] 동애등에 유충에서 유래한 항균 펩타이드를 변형해 만든 물질이 사람 폐암세포의 자멸사를 유도한다는 연구 결과가 나왔다.

태국 국립암연구소와 마히돌대학교, 수라나리공과대학교 공동연구팀은 합성 펩타이드 ‘KK12’가 사람 폐암 A549 세포의 증식을 억제하고 미토콘드리아와 관련된 세포사멸 신호를 활성화했다고 5일 밝혔다.

연구 결과는 이날 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 게재됐다. 현재 공개된 논문은 최종 편집 전 원고로, 출판 과정에서 일부 내용이 수정될 수 있다.

KK12는 동애등에(Hermetia illucens) 유충에서 발견된 항균 펩타이드를 토대로 설계한 12개 아미노산 길이의 합성 펩타이드다. 아미노산 서열은 ‘KWWSKLKKFWKK’이며, 암세포막과의 결합 가능성을 높이기 위해 양전하와 소수성을 강화했다.

항균 펩타이드는 세균을 공격하는 선천면역 물질로 알려져 있지만, 일부는 암세포막과 선택적으로 결합해 세포를 파괴하거나 세포사멸을 유도하는 특성도 보인다. 암세포 표면에는 정상세포보다 음전하를 띠는 인지질과 당단백질이 많이 분포해 양전하를 가진 펩타이드가 상대적으로 쉽게 결합할 수 있다는 설명이다.

폐암세포에서 가장 강한 억제 효과

연구팀은 KK12를 사람 폐암 A549 세포와 유방암 MCF-7 세포, 간암 HepG2 세포, 대장암 HCT116 세포, 자궁경부암 HeLa 세포에 각각 처리해 증식 억제 효과를 분석했다. 정상세포에 대한 독성은 원숭이 신장 유래 Vero 세포를 이용해 평가했다.

KK12는 시험한 모든 암세포주의 생존율을 농도 의존적으로 낮췄다. 반수억제농도(IC50)는 암세포 종류에 따라 156~225μM으로 나타났다.

이 가운데 A549 폐암세포의 IC50가 156μM으로 가장 낮아 KK12에 가장 민감했다. 유방암 MCF-7 세포는 172μM, 간암 HepG2 세포는 199μM이었으며, 자궁경부암 HeLa 세포는 225μM으로 상대적으로 덜 민감했다.

정상 Vero 세포의 반수세포독성농도(CC50)는 225μM이었다. A549 폐암세포에 대한 선택성지수는 1.44로, KK12가 정상세포보다 폐암세포에 다소 강한 독성을 보였으나 선택성 차이는 크지 않았다.

연구팀도 논문에서 KK12의 암세포 선택성이 제한적인 수준이라고 평가했다. 정상세포 실험에 사람 세포가 아닌 단일 원숭이 신장세포주만 사용했다는 점도 결과 해석의 한계로 꼽았다.

최고 농도서 생존세포 5% 미만으로 감소

연구팀은 KK12가 폐암세포를 억제하는 방식을 확인하기 위해 A549 세포에 148μM, 296μM, 592μM 농도의 KK12를 48시간 동안 처리했다.

형광현미경으로 관찰한 결과, 처리 농도가 높아질수록 세포핵이 응축되고 잘게 분절되는 현상이 뚜렷해졌다. 이는 세포가 외부 손상으로 갑자기 죽는 괴사가 아니라 스스로 제거되는 자멸사에 들어갔음을 보여주는 특징이다.

세포주기 분석에서도 최고 농도인 592μM 처리군의 sub-G1 단계 세포 비율이 대조군의 5% 미만에서 60% 이상으로 증가했다. sub-G1 단계 축적은 세포사멸 과정에서 DNA가 분해되고 있음을 보여주는 지표다.

Annexin V와 프로피듐 아이오다이드 이중염색 분석에서는 592μM 처리 후 생존세포 비율이 5% 미만으로 감소했다. 초기 자멸사 세포는 약 45%, 후기 자멸사 세포는 약 50%까지 늘었다. 괴사 세포 비율은 상대적으로 낮아 KK12가 주로 자멸사를 통해 암세포를 제거한 것으로 분석됐다.

다만 이 같은 강한 세포사멸 효과는 IC50보다 훨씬 높은 농도에서 확인됐다. 연구팀은 고농도에서 KK12가 세포막을 직접 파괴했을 가능성도 배제할 수 없다고 밝혔다.

미토콘드리아 관련 세포사멸 신호 활성화

유전자와 단백질 분석에서는 세포자멸사를 촉진하는 단백질 BAX가 증가하고, 세포자멸사를 억제하는 단백질 Bcl-2는 감소했다. BAX와 Bcl-2의 균형이 세포사멸 쪽으로 이동한 것이다.

미토콘드리아에서 방출돼 세포사멸 신호를 전달하는 사이토크롬 c도 농도 의존적으로 증가했다. 최고 농도 처리군에서는 사이토크롬 c 단백질이 대조군보다 약 4배 늘었다.

세포사멸의 마지막 단계를 실행하는 카스파제-3도 활성화됐다. 비활성 상태의 전구 카스파제-3는 줄어든 반면, 활성형인 절단형 카스파제-3는 최고 농도에서 약 5.5배 증가했다.

이러한 변화는 KK12가 미토콘드리아 관련 세포사멸 신호를 통해 A549 폐암세포의 자멸사를 유도했을 가능성을 보여준다.

그러나 이번 연구에서는 미토콘드리아 막전위나 사이토크롬 c의 세포 내 이동을 직접 측정하지 않았다. 펩타이드가 암세포막을 먼저 파괴했는지, 세포 안으로 들어가 미토콘드리아에 작용했는지도 확인되지 않았다. 연구진은 미토콘드리아성 세포사멸 기전을 확정하려면 추가 실험이 필요하다고 설명했다.

치료제 아닌 초기 구조체 단계

이번 결과는 세포실험에서 확인된 초기 연구 성과다. 동물모델에서 종양 억제 효과와 체내 독성, 약물 분포, 안정성을 평가하지 않았고 사람을 대상으로 한 임상시험도 이뤄지지 않았다.

KK12의 항암효과가 기존 항암제보다 강하다고 보기도 어렵다. 비교 물질로 사용한 독소루비신은 각 암세포주에서 KK12보다 훨씬 낮은 농도로 세포 증식을 억제했다.

KK12는 정상 Vero 세포보다 A549 폐암세포에 조금 더 강한 독성을 나타냈지만, 선택성지수 1.44는 암세포만을 뚜렷하게 골라 공격하는 수준과는 거리가 있다. 실제 신약 후보로 발전하려면 아미노산 서열을 추가로 변형해 항암효과와 암세포 선택성을 높이고 정상조직 독성을 줄여야 한다.

연구팀은 KK12가 당장 치료제로 사용될 수 있는 물질이라기보다, 향후 구조 변형과 최적화를 거쳐 새로운 항암 펩타이드를 설계하는 데 활용할 수 있는 초기 구조체라고 평가했다. 동물실험과 다양한 사람 정상세포를 이용한 안전성 검증도 후속 과제로 제시했다.