< (왼쪽부터) 생명과학과 이흥규 교수, 김현철 박사 >

 

우리 몸의 면역세포인 T세포를 활성화시켜 암세포를 제거하도록 유도하는 첨단 치료법인 ‘면역항암제’는 가장 치명적인 뇌종양 ‘교모세포종(Glioblastoma)’에는 거의 반응하지 않고, 치료에 대한 저항성이 높아 단독 치료로는 효과가 매우 제한적이라는 한계가 있었다. 이에 우리 연구진이 장내 미생물과 그 대사산물을 활용해 뇌종양의 면역치료 효과를 높일 수 있는 새로운 치료 전략을 세계 최초로 입증했다. 향후 미생물을 기반으로 한 면역치료 보완제 개발에 대한 가능성도 보여줬다. 

우리 대학 생명과학과 이흥규 교수 연구팀이 장내 미생물 생태계 변화에 주목해 교모세포종 면역치료의 효율을 크게 높이는 방법을 발굴하고 이를 입증했다고 1일 밝혔다. 

연구팀은 교모세포종이 진행되면서 장내에서 중요한 아미노산인 ‘트립토판(tryptophan)’의 농도가 급격히 줄어들고, 이로 인해 장내 미생물 생태계가 변화한다는 점에 주목했다. 그리고 트립토판을 보충해 미생물 다양성을 회복시키면, 특정 유익한 균주가 면역세포 중 하나인 CD8 T세포를 활성화하고 종양 조직으로 다시 유도하는 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

< <그림 1> 장내 미생물이 항뇌종양 면역치료 효율을 조절한다는 연구결과. 가) 뇌종양 이식 모델에서 종양 진행에 따른 장내미생물의 변화를 포착하고, 분변에서 트립토판이 유의하게 감소하는 것을 발견하였다. 나) 트립토판을 처리하였을 때, 생존율이 유의하게 증가하고, 종양 주변부의 CD8 T세포의 수적 증가와 세포 독성 증가를 관찰하였다. 다) 이러한 작용은 장내미생물에 의존적으로 일어나고, 공사육 환경을 이용해서 유의한 장내 미생물을 발굴하였다. 라) 해당 균주의 투여가 뇌종양 모델에서 생존율을 증가시켰고, 항 PD-1 항체와 같이 투여할 경우 상승작용이 나타나는 것을 확인하였다. >

 

연구팀은 생쥐 교모세포종 모델을 통해, 트립토판을 보충하면 암을 공격하는 T세포(특히 CD8 T세포)의 반응이 향상되고, 이들이 림프절과 뇌 등 종양이 있는 부위로 더 많이 이동한다는 사실을 확인했다. 

이 과정에서 장내에 존재하는 유익한 공생균인 ‘던카니엘라 두보시(Duncaniella dubosii)’가 핵심적인 역할을 한다는 점도 밝혀냈다. 해당 균주는 T세포가 몸 안에서 효과적으로 재분포하도록 도와줬고, 면역항암제(anti-PD-1)와 함께 사용할 때 생존율이 유의미하게 향상됐다. 

또한, 장내 미생물이 전혀 없는 무균 생쥐에게 위 공생균을 단독으로 투입해도 교모세포종에 대한 생존율이 높아졌으며, 이는 이 균주가 트립토판을 활용해 장내 환경을 조절하고, 그 과정에서 생성되는 대사산물이 CD8 T세포의 암세포 공격 능력을 강화하기 때문임이 입증됐다.

< <그림 2> 장내 미생물이 항뇌종양 면역치료 효율을 조절한다는 연구에 대한 전체적인 연구개요. 교모세포종이 진행되면서 장내미생물 변화와 트립토판의 양적 감소가 동반된다. 이러한 줄어든 트립토판을 보충해주면 장내미생물이 건강한 개체와 유사하게 바뀌며, 항뇌종양 면역반응이 강화된다. 이 반응은 CD8 T 세포의 순환을 증가시키면서 일어나게 되고, 이 현상은 장내미생물에 의존적으로 나타난다. 그 중에서도 D. dubosii 균주가 크게 기여하고, 이들은 면역치료와 병용 시 상승 효과를 보여준다. >

 

이흥규 교수는 “이번 연구는 면역관문억제제가 효과를 보이지 않았던 난치성 뇌종양에서도, 장내 미생물을 활용한 병용 전략을 통해 치료 반응을 유의하게 높일 수 있음을 보여준 의미 있는 성과”라고 설명했다. 

우리 대학 김현철 박사(現, 생명과학연구소 박사후연구원)가 제1 저자로 참여했고 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지‘셀 리포츠(Cell Reports)’에 지난 6월 26 일자 온라인판에 게재됐다.

(논문명: Gut microbiota dysbiosis induced by brain tumor modulates the efficacy of immunotherapy, https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115825) 

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구사업 및 바이오의료기술개발사업의 일환으로 수행됐다.

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=48510