AI로 면역세포 분석했더니…세포 유형 따라 면역항암제 효과 달랐다

(서울=뉴스1) 김규빈 기자 = 면역항암제가 모든 환자에게 똑같이 효과를 내지 않는 이유가 세포 속 차이에서 비롯된다는 사실이 밝혀졌다. 암세포를 공격하는 면역세포 안에서도 세포 유형이 다르면 약의 반응이 달라지는 것으로, 앞으로는 환자별 맞춤형 면역항암 치료가 가능할 것으로 기대된다.

연세암병원 종양내과 김혜련·홍민희·김창곤 교수, 이비인후과 고윤우·심남석 교수, 연세대학교 생명시스템대학 이인석 교수·차준하 박사과정 연구팀은 면역항암제의 효과를 결정짓는 면역세포의 세부 유형을 찾아내고, 그 작용 원리를 규명했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 머리와 목 부위에 생기는 악성종양인 두경부암 환자를 대상으로 면역세포의 브레이크 역할을 하는 단백질 PD-L1을 차단해 면역 반응을 회복시키는 약제인 더발루맙을 단독 투여한 군과, 여기에 면역 반응을 유도하고 T세포를 활성화하는 CTLA-4 억제제를 함께 사용한 병용 치료군을 비교했다.

이후 연구팀은 단일세포 RNA 시퀀싱과 T세포 수용체 분석을 결합해, 기존에는 하나로 분류되던 CD8 T세포 내부에서 면역항암제에 잘 반응하는 세포(Tpex1)와 약효가 떨어지는 세포(Tpex2)를 처음으로 구분했다. 같은 면역세포라도 어떤 세포가 주로 작용하느냐에 따라 치료 결과가 완전히 달라진다는 의미다.

CTLA-4 억제제를 함께 사용했을 때는 새로운 면역 억제 현상도 관찰됐다. 병용군에서 암세포를 공격하는 CD4 T세포가 활성화되는 동시에, 과도한 면역 반응을 억제하는 조절T세포가 함께 늘어나 일부 환자에서 치료 효과가 줄었다. 연구팀은 세포 간 신호전달 경로인 인터루킨-2(IL-2)가 이러한 억제 세포의 과도한 활성화를 유도해 내성을 강화한 것으로 분석했다.

연구에는 대규모 단일세포 데이터를 학습한 인공지능(AI) 모델 '세포 GPT(Cell GPT)'가 활용됐다. 해당 AI 모델은 면역항암제에 반응한 환자군과 반응하지 않은 환자군의 T세포 유전자 네트워크를 비교해 면역 반응을 예측하는 30개의 핵심 유전자 조합을 찾아냈다. 그중 ZNF683, IFNG, LAG3 등은 향후 면역항암제 반응을 예측할 수 있는 새로운 지표로 떠오르고 있다.

또한 연구팀은 병용 치료를 받은 환자에서 백혈구의 일종인 중립구가 면역 반응과 관련이 있다는 점도 확인했다. 인터페론 신호에 반응한 중립구가 노화하는 현상이, 오히려 면역세포의 활성화를 돕는 역할을 한다는 것이다.

김혜련 교수는 "같은 암이라도 세포의 세부 특성과 유전자 네트워크에 따라 면역항암제 효과가 완전히 달라질 수 있다"며 "이번 연구는 병용 치료의 한계를 밝히고, 불필요한 치료를 줄이는 맞춤형 면역항암 전략의 기초가 될 것"이라고 강조했다.

한편, 이번 연구 결과는 셀프레스(Cell Press) 산하 국제학술지 셀 리포츠 메디신(Cell Reports Medicine, IF 10.4) 10월 호에 게재됐다.

rnkim@news1.kr