인종·병기·간질환 유무와 관계없이 간암을 간편하고 효과적으로 진단할 가능성이 제시됐다.

국내 연구진이 간암 특이적 바이오마커를 발굴하고, 이를 측정하는 혈액검사 기반의 간편한 간암 모니터링 방법을 설계했다.

▲ (사진 왼쪽부터) 서울대병원 유수종, 조은주 교수, 연세대 김영준 교수

서울대병원 소화기내과 유수종·조은주 교수 및 연세대 생화학교실 김영준 교수 (김시초·김다원 연구원) 공동연구팀이 간암에서만 나타나는 메틸화 마커를 정량 분석하는 검사 방법을 설계하고, 혈액 샘플 726개를 바탕으로 검사의 정확도를 측정한 연구 결과를 17일 발표했다.

우리나라에서 7번째로 많이 발생하는 암인 간암은 환자 10명 중 6명이 5년 이내 사망할 만큼 예후가 나쁘기에 간경변, 간염바이러스 등 위험인자를 보유한 고위험군은 정기적 감시검사를 실시한다.

그러나 기존 감시검사는 고위험군이 보유한 다양한 간 질환과 실제 간암을 정확히 구별하기 어렵다.

또한 간암은 발병 원인이 다양하고 인종마다 양상이 달라 기존의 감시검사 방법으로는 간암 발생 여부를 빠르게 파악하기 어렵다는 문제도 있었다.

▲ 연구 개요. HCC 특정 MS-HRM 검사를 개발하는 데 사용되는 전반적인 전략이 표시된다. 첫 번째 패널은 Infinium 마이크로어레이(위)를 사용하여 얻은 CGRC 및 TCGA 코호트의 정상(N) 및 HCC(T) 메틸롬 데이터 수를 표시한다. 두 개의 코호트에 대한 마커에 대한 랜덤 포레스트 분류 중요도 순위의 산점도가 표시되며, 일반적인 마커는 빨간색 점선 원(아래)으로 레이블이 표시된다. 두 번째 패널은 HCC 특정 마커를 선택하는 데 사용되는 랜덤 포레스트 모델과 모델 구축에 사용된 샘플 수(위), 선택한 메틸화 마커(아래)와 함께 군집링될 때 HCC를 다른 세포 유형과 구별하는 t-SNE 도표를 보여준다. 세 번째 패널은 MS-HRM 분석으로부터 차등적으로 메틸화된 CpG 부위와 그들의 용융 곡선을 보여준다(위). 메틸화 점수와 메틸화 점수의 합계에 대한 공식은 다음과 같다. 마지막 패널은 HCC 액체 생검 테스트에 사용된 혈액 샘플 수와 테스트 결과를 표시된 분석의 민감도와 함께 막대 그래프로 보여준다.

연구팀은 다양한 간암 환자를 비롯해 간암 고위험군에게도 적용할 수 있는 효과적인 감시검사 방법을 찾기 위해 간암에서 특이적으로 나타나는 'DNA 메틸화 마커'에 주목했다. 

DNA 메틸화란 유전자 발현을 조절하는 후성유전학 현상의 일종으로 암세포의 영향으로 발생 패턴이 변화될 수 있어서 몇몇 특이적인 DNA 메틸화 패턴은 암 진단 바이오마커로 활용되고 있다.

다양한 인종·병기로 구성된 간암 환자 코호트 분석 결과, 2가지 DNA(RNF135, LDHB)의 메틸화 수준이 특이적으로 높았다.

연구팀은 이 DNA들의 메틸화 수준을 점수화하는 검사 방법을 설계했으며, 소량의 유전자만으로 신속하게 질환 여부를 진단할 수 있는 PCR 기법을 활용해 편의를 높였다.

특히 연구팀의 검사 방법은 간암 진행에 따라 간암 관련 DNA의 양 변화를 정량적으로 분석하는 것이 장점이다.

이로써 간암 성장 상태를 모니터링하고, 환자마다 효과적인 치료법을 선택하는 데 유리하다는 것이 연구팀의 설명이다.

▲ HCC 검출을 위한 메틸화 마커의 임상 성능. (A) 4개의 다른 HCC 검증 데이터 세트(GSE54503, GSE56588, GSE60753, GSE89852)에 걸친 HCC별 진단 마커의 AUC 분석. x 축은 1-특정성을 나타내고, y 축은 민감도를 나타내며, 선은 각 데이터 세트에 대한 수신기 작동 특성(ROC) 곡선을 나타낸다. (B) 왼쪽을 나타내는 상자 그림) RNF135 및 RNF 135의 결합 메틸화 점수LDHB, 오른쪽) 로그20(AFP), 네 그룹에 걸쳐 건강한, 위험 상태, 초기 HCC 및 말기 HCC. 점선은 위험 그룹의 메틸화 점수 합계의 90번째 분위수를 표시한다. AFP 컷오프 20ng/mL를 기반으로 1로 설정된 로그20(AFP)이 AFP 테스트의 컷오프 값으로 사용된다. (통계 P 값은 *, P ≤ 0.05 및 ****, P ≤ 0.0001로 표시된다. (C) MS-HRM 및 AFP 테스트에 대한 분석 성능 표. 민감도, 특이도 및 정확도 초기(BCLC 단계 0-A), 후기(BCLC 단계 B-D) 및 모든 단계의 암에 대한 메트릭이 표시된다. (D) 304명의 HCC 환자 대 207명의 위험 대상에 대한 이중 마커 조합에 대한 ROC 곡선. 색상은 (1) AFP + AFP-L3 (검은색), (2) AFP + 글리피칸-3 (GPC3) (주황색), (3) AFP + MS-HRM (녹색), (4) AFP-L3 + GPC3 (보라색), (5) AFP-L3 + MS-HRM (파란색), (6) GPC3 + MS-HRM (빨간색)을 나타낸다. x 축과 y 축은 각각 1-특이성과 민감도를 나타낸다.

이 검사법을 활용해 일반인 202명, 간암 위험군 211명, 초기 간암환자 170명, 말기 간암환자 143명으로 구성된 총 726개의 혈액 샘플을 분석한 결과, 57%의 민감도로 간암 양성을 판별해냈다.

이는 혈중 알파태아단백 농도를 측정하는 기존 혈액검사의 민감도(45%)보다 높았다.

나아가 혈액검사에서 메틸화 수준과 알파태아단백 농도를 함께 분석한 결과, 10명 중 7명꼴로 간암 양성을 정확히 진단할 수 있었다.

연구팀은 DNA 메틸화 마커에 기반한 간암 진단 방법이 기존 감시검사의 임상 정확도를 보완할 뿐 아니라, 인종과 병기마다 다양한 양상을 보이는 간암 진단에 보편적으로 사용할 수 있는 유용한 기법이라고 강조했다.

서울대병원 유수종 교수(소화기내과)는 "이번 연구를 통해 간암 고위험군에서 간암 발생 여부를 간편하게 모니터링 할 수 있는 기술적 기반을 마련할 수 있어 뜻깊다"라고 연구의 의의를 밝혔다.

연세대 김영준 교수는 "후속 연구를 통해 환자의 임상 데이터 및 혈액 내 메틸화 마커의 미세한 양 변화 등을 고려한 AI 기반 간암 발생 위험도 모델을 도출할 것"이라고 말했다.

한편, 한국연구재단 지원을 받은 이번 연구는 국제학술지 'BMC 분자 암(BMC Molecular Cancer)'에 'A circulating cell-free DNA methylation signature for the detection of hepatocellular carcinoma'라는 제목으로 게재됐다.