암, 통제를 잃은 세포와 재생 프로그램

암을 단순히 '나쁜 세포 덩어리'라고 부르기엔 턱없이 설명이 부족하다. 암세포란 외부에서 새로 들어온 존재가 아니라, 원래 우리 몸을 이루던 세포가 스스로의 규칙을 잃고 비틀린 결과다. 조금 더 정확히 말하면, 정상적인 발달과 재생에 사용되던 프로그램이 제어 장치를 잃고 폭주하는 상태에 가깝다. 세포 운명 결정, 줄기세포, 후성유전, 형태형성 같은 개념들이 결국 암의 생물학과 맞물리는 이유가 여기 있다.
건강한 조직에서는 세포가 제멋대로 분열하지 못하도록 여러 겹의 안전장치가 걸려 있다. 성장 인자와 그 수용체, 세포주기 조절 단백질, DNA 손상 감지 시스템이 끊임없이 신호를 주고받으며 지금이 분열해도 괜찮은 상황인지, 아니면 멈춰야 할 상황인지를 판단한다. 조직이 손상되거나 세포 수가 줄어들면 일부 줄기세포가 깨어나 분열을 시작하고, 회복이 끝나면 성장 신호가 꺼지면서 다시 조용한 상태로 돌아간다. 필요 이상으로 늘어난 세포는 세포사멸을 통해 정리된다. 이런 정교한 조율 덕분에 세포는 계속 죽고 태어나지만, 조직 전체의 크기와 구조는 일정 범위에서 안정적으로 유지된다.
암은 이 안전장치들에 작은 금이 가는 순간부터 서서히 시작된다. 세포 분열을 촉진하는 유전자들이 비정상적으로 강하게 켜지거나, 반대로 세포주기를 멈추고 세포사멸을 유도해야 할 유전자들이 기능을 잃으면서 균형이 무너진다. 전자를 우리는 온코진, 후자를 종양억제유전자라고 부른다. 정상 상태에서는 가속페달과 브레이크가 서로를 견제하며 속도를 맞추지만, 온코진에 돌연변이가 쌓여 가속페달이 바닥까지 눌린 채 고정되고, 동시에 종양억제유전자가 고장 나 브레이크가 끊어지면 세포는 더 이상 주변 조직의 요구나 몸 전체의 상황을 고려하지 않는다. 분열하라는 신호가 없는데도 스스로 증식을 계속하는, 통제 불능의 상태가 된다.
세포 운명 프로그램의 붕괴도 중요한 축이다. 원래 분화가 끝난 세포는 자신의 역할이 분명하다. 간세포는 해독과 대사에, 심장 근육세포는 수축과 이완에, 신경세포는 정보 전달에 특화되어 있다. 이 정체성은 발달 과정에서 형성된 전사인자 네트워크와 후성유전 패턴으로 고정되어 쉽게 바뀌지 않는다. 그런데 암세포에서는 이런 잠금장치가 느슨해진다. 세포는 더 미성숙한 상태로 되돌아가거나, 심지어 원래 계통과는 다른 성질을 얻기도 한다. 종양 안에서 관찰되는 소수의 '암 줄기세포'는 바로 이런 탈분화와 운명 전환의 산물로, 스스로를 계속 복제하면서도 다시 여러 유형의 암세포로 분화할 수 있는 능력을 유지한다. 이들은 항암제나 방사선에도 상대적으로 잘 살아남아, 암이 일부 제거된 뒤 다시 자라나는 씨앗 역할을 하는 것으로 여겨진다.
이 과정에는 후성유전 조절의 왜곡이 깊이 개입한다. 암세포에서는 DNA 염기서열 자체뿐 아니라, 그 위에 덧씌워진 메틸화 패턴과 히스톤 변형, 크로마틴 구조가 전반적으로 뒤틀려 있다. 종양억제유전자의 프로모터가 촘촘하게 메틸화되어 읽히지 못하게 되거나, 반대로 원래는 잠잠해야 할 유전자 주변의 메틸화가 풀려 비정상적으로 활성화되기도 한다. 히스톤 꼬리에 붙는 화학적 표지가 바뀌면서, 열려 있어야 할 유전자 영역이 닫히고, 닫혀 있어야 할 영역이 열린다. 결국 발달과 재생을 안내하던 '사용 설명서'가 엉뚱한 곳에 낙서 되고 찢겨 나가, 세포는 자신의 위치와 역할을 더 이상 제대로 해석하지 못한다.
암은 개별 세포만의 문제가 아니라, 주변 환경 전체가 변형되는 현상이기도 하다. 종양 주변에는 혈관, 섬유아세포, 면역세포, 염증 매개 물질이 복잡하게 얽힌 종양 미세환경이 형성된다. 원래 상처가 나면 면역세포가 들어와 손상 부위를 청소하고, 성장 인자가 분비되어 재생을 돕고, 혈관이 새로 자라면서 회복이 진행된다. 하지만 종양에서는 이 과정이 끝나지 않고 계속 이어진다. 혈관 신생 신호가 끊임없이 나오면서 비정상적인 혈관이 덩어리처럼 자라고, 일부 면역세포는 암세포를 공격하기보다 성장 인자와 사이토카인을 제공해 종양을 지지하는 쪽으로 방향을 바꾼다. 마치 '상처가 영원히 아물지 않는 상태'가 된 것이다. 재생 프로그램이 종료 신호를 받지 못한 채 켜져 있는 상처, 그것이 종양이라는 비유가 나오는 이유다.
암의 치명적인 특징인 전이 역시 발달 프로그램의 역이용으로 설명할 수 있다. 암세포가 원래 자리에서 떨어져 나와 혈관이나 림프관을 타고 이동한 뒤, 먼 장기에 자리를 잡아 새로운 종양을 만드는 과정에는 상피-중배엽 전이 같은 발달 단계의 이동 프로그램이 다시 등장한다. 상피세포는 원래 서로 단단히 붙어 조직의 경계를 이루지만, 상피-중배엽 전이가 일어나면 접착 단백질 발현이 줄고, 세포골격이 재편되며, 기질을 분해하는 효소가 증가해 이동성이 큰 중배엽형 세포처럼 변한다. 태아 시기에는 장기 위치를 옮기기 위해 필요한 전략이지만, 암에서는 이 전략이 재활용되어 종양 세포에게 침윤과 전이 능력을 선물한다. 몸을 만들던 프로그램이 몸을 해체하는 도구로 쓰이는 역설적인 장면이다.
이렇게 보면 암은 완전히 새로운 생명체라기보다, 원래 존재하던 발달과 재생 시스템이 여러 지점에서 동시에 삐끗한 결과물이다. 세포주기 조절, 운명 결정, 후성유전, 형태형성, 재생, 그 어느 것도 원래는 위험한 것이 아니며, 없으면 생명이 유지될 수 없는 핵심 장치들이다. 다만 이 장치들이 미세한 돌연변이와 환경 요인, 만성 염증, 노화 과정에서 조금씩 어긋나다 보면, 어느 순간에는 되돌리기 어려운 상태에 도달한다. 현대 암 치료 전략이 가속페달을 낮추고 브레이크를 복구하며, 왜곡된 후성유전 스위치를 되돌리고, 종양 미세환경을 '끝나지 않는 상처'에서 '정상 치유 후 종료' 상태로 되돌리는 방향을 택하는 것도 결국 같은 언어 위에서 설계되기 때문이다.
암의 생물학을 발달과 재생의 연장선에서 바라보면, 암은 더 이상 설명 불가능한 공포의 존재라기보다 분석 가능한 하나의 생물학적 현상으로 다가온다. 통제를 잃은 발달 프로그램이 어떤 모습으로 변질되는지, 그 과정에서 어떤 약점이 생기는지를 이해하는 것이 앞으로의 치료와 예방 전략의 출발점이 된다. 이 관점에서 볼 때 암 연구는 단지 질병을 없애는 기술을 찾는 일이 아니라, 생명이 스스로를 만들고 고쳐 쓰는 방식의 그늘까지 포함해 전체 그림을 이해하려는 시도라고 말할 수 있다.