질병 ≫ 몸의반란 ≫ 암 cancer

암 발생원인 : 우리 안에 있다 DNA  

발암원인
- 나이 (복사 오류) : 설계 오류, 운이 없어서
- IARC공인 :  3대 발암물질 ,  변이원
- 식사와 운동 : 천연식품, 전통 식품
- 직업 : 화학물, 먼지, 야근
- 조사 : 방사선, UV, 전자파
- 감염 : 바이러스도 발암의 원인
- 호르몬 : 성장호르몬
- 유전

- 진화의학 : 암은 숙명적인 짐이다
- 진화의학 : 질병의 원인 내 몸안에 있다
- 진화의학 : 아파야산다
- 질병예찬
  

150년 전, 독일 과학자 루돌프 버쇼(Rudolph Virchow)는 만성염증과 악성종양이 상당히 밀접하게 관계돼 있다는 사실을 밝혀내 세간의 주목을 받았다. 하지만 구체적으로 어떤 매개체에 의해 만성염증과 악성종양이 관련된 것인지, 상세한 기전은 밝혀지지 않았다.
약 150년 만에, 이에 대한 비밀이 밝혀져 주목을 받고 있다. 아론 시카노버(Aaron Ciechanover) 이스라엘 테크니온 공과대학(Technion-Israel Institute of Technology) 박사와 권용태 서울대 의과대학 교수팀이 공동연구를 통해 만성염증과 악성종양에서 핵심적으로 역할 하는 엔에프 카파 B(NF-kB) 전사인자의 대사과정을 밝힌 것이다. 해당 연구결과는 세계 최고 수준의 저널인 ‘셀(Cell)’ 지에 지난 4월 10일 출판되기도 했다.

권용태 서울대 교수팀은 엔에프 카파 B 전사인자의 대사과정을 밝혔으며, 이 대사과정을 담당하는 KPC1 유비퀴틴 리가제(ubiquitin ligase)가 강력한 종양억제 단백질이라는 사실도 알아냈다.

“150년 전부터 사람들은 염증과 암이 어떤 상관관계 속에 있다는 것을 이미 알고 있었습니다. 염증이 장기간 지속되면 암에 걸릴 확률, 즉 암으로 발전할 확률이 높아진다는 것을 알고 있던 거죠. 하지만 과연 ‘왜 그런가’ 에 대해서는 그동안 알려진 바가 없었어요. 이번 저희팀의 연구는 바로 ‘왜 그런가’의 지점을 밝힌 경우라고 할 수 있습니다.”

엔에프 카파 B는 DNA에서 RNA를 만들어 궁극적으로는 단백질을 새로 합성하게 하는 전사인자다. 엔에프 카파 B의 주된 역할은 스트레스에 반응해 어려움을 겪고 있는 세포가 이러한 환경을 극복할 수 있도록 이에 필요한 단백질을 만들어주는 일을 하는 것이다. 즉 세포의 생사와 성장, 및 분화에 중요한 역할을 하는 셈이다.

특히 엔에프 카파 B는 사이토카인(cytokine), 자외선, 박테리아 및 바이러스 감염 등 스트레스 신호전달체계에서 면역 및 만성염증에 핵심적인 역할을 하며, 동시에 여러 가지 종류의 암에서도 과발현 돼 암세포의 생존 및 전이에 도움이 되는 단백질들을 만들어낸다.

“엔에프 카파 B는, 한 마디로 염증 반응을 일으키는 총 책임관이라고 할 수 있습니다. 염증반응이란 바이러스 감염 혹은 자외선 노출 등의 요인으로 스트레스를 받은 세포가 살아남기 위해 면역체계를 확보하는 일련의 과정입니다. 즉 아픈 곳을 다시 낫게 하기 위해 신체가 염증과 전쟁을 일으키는 과정 속에서 대장 역할을 한다고 볼 수 있죠. 이러한 역할 때문에 엔에프 카파 B는 세포를 보호한다고 알려졌죠. 그런데 자세히 들여다보면 엔에프 카파 B가 염증 까지도 성장시키는 역할을 하고 있음을 알게 됐습니다. 스트레스로부터 세포를 보호하기 위한 엔에프 카파 B의 활동이 오히려 염증세포까지 보호한다는 것을 알게 된 거죠. 골고루 보호하기 때문에 발생하는 일들이라고나 할까요.”

권용태 교수팀은 이번 연구를 통해 엔에프 카파 B가 유비퀴틴화를 통해 생산 및 분해가 조절되는 생화학적 기작을 자세히 밝혔다. 더불어 앞서도 언급했듯 엔에프 카파 B의 서브유니트(subunit) 전구체인 p105를 유비퀴틴화 시키는 KPC1 유비퀴틴 리가제(ubiquitin ligase)가 강력한 종양억제제로 작용하는데 것도 밝혀 엔에프 카파의 암 기전을 규명했다.

▲ 김우재 UCSF 박사후 연구원  

생물학의 어떤 문제도 근접인과 궁극인의 동시 해결 없이는 해결되었다고 말할 수 없다. 나아가 궁극인에 대한 연구는 물리-화학적인 근접인에 대한 연구만큼이나 정당한 것이다. -에른스트 마이어(Ernst Mayr, The Growth of Biological Thought 1982)

진화생물학자로서 분자생물학에 의해 생물학이 점령당하는 시기를 경험한 마이어의 우려에도 불구하고, 암에 관한 연구는 분자생물학자들과 분자생물학과 마찬가지로 근접인에 대한 연구에 집중했던 의학자들에 의해 주도되다시피 했다. 분자생물학자들은 바이러스와 세포의 분열을 연구하던 도중 종양억제인자를 발견했고, 암의 발생과정에 관한 분자적 기제를 철저히 분석하고 파고들었다. 예를 들어, 담배의 타르에 만성으로 노출될 경우 유전자에 돌연변이가 유발될 가능성이 높아진다. 세포의 증식에 관여하는 유전자에 돌연변이가 생길 경우 암세포가 발생할 확률은 높아진다. 유전자의 돌연변이가 암세포 발생의 분자적 기제라는 것이 알려지면서 의학자들은 이를 진단 및 치료에 응용하기 시작했다.

이러한 노력에도 불구하고 모든 생물학적 문제의 두 원인을 고려해보았을 때 여전히 의문은 남는다. 과연 담배와 같은 환경적 요인과 이로 인한 유전자의 돌연변이가 암의 발생에 관한 단 하나의 원인이 될 수 있는가 하는 의문이 그 하나다. 예를 들어 담배와 같은 돌연변이 유발물질에 노출되지 않는다면 사람은 일생 동안 암에 걸리지 않는가? 산업사회로 진입하면서 심각해진 공해가 현대인에게 암 발생이 빈번해진 이유라고 일반화될 수 있는가?

두 번째로, 비록 암 발생의 분자생물학적, 생화학적 기제가 완전히 밝혀진다 하더라도 여전히 우리는 왜 인간이라는 종이 암에 특히 취약한가라는 의문에 답할 수 없다. 어떻게 암과 같이 치명적인 생명현상이 이처럼 흔하게 발생할 수 있는가? 왜 전세계 여성의 십 분의 일이 유방암에 걸릴 위험을 안고 살아야 하는가? 왜 어떤 사람은 암에 걸릴 확률이 더 높은 것일까?

일생 동안 임상적으로 암에 걸렸다는 진단을 받을 위험은 세 명중 한 명 꼴로, 암은 인간이라는 종에게 매우 흔한 질병이다. 매해 천만 명이 암이라는 진단을 선고 받는다. 발병하는 암의 종류에는 차이가 있지만, 이러한 암 발생 빈도는 선진국과 후진국에서 별다른 차이가 없다. 예를 들어 후진국에는 바이러스에 의한 전염으로 발생하는 암이 더욱 빈번하다는 정도의 차이가 있을 뿐이다.

고생물학적 증거가 확실하지는 않지만, 아마도 인류는 2000년 전 혹은 그 훨씬 전부터 암에 시달려왔던 것으로 추측된다. 암 진단학은 상당히 발전했지만 우리는 암의 생물학적 발생이 지나치게 빈번하다는 점을 간과해왔다. 인류는 언제나 암이라는 질병에 노출되어 있다.
정상조직을 염색해서 현미경으로 관찰하는 조직검사에서 진단되지 않더라도, 발달한 분자생물학적 진단 기술은 언제나 우리 몸 속에 종양과 관련된 유전자에 돌연변이가 생긴 세포군이 존재하고 있다는 것을 말해준다. 비록 임상적으로 그러한 세포 하나하나가 암으로 이어지는 것은 아니지만, 암세포는 언제나 세포의 증식이 활발한 생체 조직 속에 우발적으로 생겨난다. 매일 수천 개의 돌연변이 세포가 생겨나고 사라져 간다. 우리 몸의 신비로움은 이처럼 본질적으로 불완전한 세포분열 시스템을 수십 년 동안 잘 관리한다는 데에 있다. 인간으로 태어난 이상 우리의 몸에서 암세포가 만들어지고 사라지는 과정을 막을 도리는 없다.

인간에게 있어 암이라는 숙명

대부분의 척추동물에서 암이 발생하는 것으로 알려져 있다. 심지어 쥐라기의 공룡 화석에서도 종양이 발견되었다. 몇몇 무척추동물에서도 종양이 발견되곤 한다. 초파리와 예쁜꼬마선충의 어떤 유전자들은 세포의 무분별한 증식을 억제한다. 다세포생물에게 있어, 세포들이 이룬 사회에 질서를 부여하는 작업, 즉 잘 조절된 세포분열을 벗어나는 배신자를 색출해내는 작업은 매우 중요했을 것이다. 비유적으로 말하자면, 암이란 다세포 생물의 세포들이 단세포 생물이었던 시절의 무차별적이고 이기적인 복제의 본능으로 회귀하는 과정일지 모른다.

영장류를 대상으로 한 실험은 우리와 가장 가까운 공통조상을 공유하는 일족에게는 기껏해야 1~2% 정도의 빈도로 암이 발생한다는 것을 알려준다. 하지만 영장류 및 야생동물 그리고 가축을 대상으로 한 실험 모두에서 암의 발생은 나이를 먹을 수록 증가한다는 사실은 동일하다. 흥미로운 사실은 인간에 의해 길들여져 근친교배를 거듭한 몇몇 가축들은 인간과 같은 높은 암 발생 빈도를 보인다는 것이다. 영장류와 가축화된 동물의 예는 첫째, 암의 발생이 다세포 생물의 내부 생리적 오류 기제에 녹아 있고 둘째, 늙을 수록 암 발생 비율은 증가하며 셋째, 무엇인지 알 수는 없지만 인간의 활동과 관련된 어떤 것이 우리를 더욱 암에 잘 걸리도록 만든다는 점을 보여준다.

진화 의학의 탄생

1991년 조지 윌리암스(George C. Williams)와 랜돌프 네세(Randolph M. Nesse)에 의해 체계적으로 종합된 '다윈의학(Darwinian medicine)'은 <인간은 왜 병에 걸리는가>라는 제목의 책으로 번역되었다. 진화적 사고가 다윈 한 개인에게 귀속될 수 있는 것은 아니므로, 윌리암스와 네세의 '다윈의학'이라는 명명은 '진화의학(Eviolutionary medicine)'이라는 이름으로 대체되었다. 이 글은 진화의학이 다루는 모든 측면을 개괄하기 위한 것은 아니다. 진화의학의 핵심은 인류가 지닌 몸의 기능적 장애 혹은 질병의 기저에는 부분적으로 진화적 유산이 스며들어 있다는 것을 밝히는 일이다.

윌리암스와 네세의 창조적인 작업은 분명 혁명적인 것이었지만, 진화적 사고를 의학에 적용하는 일이 쉬운 작업은 아니었다. 진화론적 사고에서 다루는 궁극인에 익숙하지 않은 의사들에게, 특히 현장에서 직접 환자를 치료하고 돌봐야 하는 의사들에게 실험적이고 통계적인 확실성을 가지지 못하는 진화의학은 그저 작은 목소리로 머물고 있었다. 부분적으로 이러한 의사들의 무관심은 의학의 패러다임이 진화생물학과는 다른 전통인 생리학의 전통에 기대고 있기 때문이다. 서양 의학은 생리학적 문제들에 천착해 왔으며, 생리학적 토양에서 성장한 분자생물학과 생화학의 세례를 받으며 급성장했다. 항생제의 발견, 백신의 발명 등과 같은 성공적 사례들은 근접인을 밝히고 이를 치료하는 서구의학의 분석적 사고가 충분하다는 것을 말하는 것으로 보였다.
물론 윌리암스와 네세의 선구적 업적 이후, 그들의 이론을 지지하는 수 많은 증거들이 쌓여갔다. 선진국에서 갈수록 심각해지는 비만을 비롯해서 심장병, 당뇨병, 여성의 폐경기 및 노화 그리고 암에 대한 연구에 진화적 사고가 스며들기 시작했다. 이러한 현대인의 질병에 우리의 진화적 유산이 녹아 있다는 것은 분명해 보인다.

진화의학과 전통적 서구의학의 갈등관계

하지만 현장에서 환자를 돌보는 의사들의 목적은 질병의 궁극인을 이해하는 것이 아니다. 의사들의 일차적인 관심은 원인이 무엇이던 간에 일단 발생한 질병을 치료하는 데 있다. 궁극인에 대한 이해가 치료에 도움이 될 수는 있다. 예를 들어 우리 조상들은 현대인들처럼 풍부한 식단을 가질 수 없었고, 주로 과일을 먹었으며 가끔 고기를 먹었을 것이라는 고고학/인류학적 증거들을 가지고 우리의 식단을 홍적세 식단으로 바꾸려는 노력이 있을 수 있다. 하지만 현대인의 식단 변화에 진화의학적 분석이 타당하다 해도, 그것이 당장 비만에 걸려 의사 앞에 앉아 있는 청소년들의 치료에 도움이 되는 것은 아니다. 진화의학적 분석은 임상치료의 영역이 아니라 오히려 예방의학에 가까운 영역에 적용될 수 있는 것이다.

또한 진화의학이 적용될 수 있는 범위도 질병마다 다르다. 예를 들어 숙주와 기생생물의 군비경쟁을 다루는 전염병학에서 진화의학은 강력한 예측력과 힘을 보여줄 수 있다. 그것이 폴 이왈드(Paul Ewald)와 같은 전염병 학자가 윌리암스나 네세와 비슷한 시기에 진화론에 관심을 갖게 된 이유다. 또 항생제 내성 박테리아에 관한 의사들의 실수는 만약 의사들이 진화의학에 조금만 관심이 있었더라면 방지할 수 있었을 사건이기도 하다. 암의 화학치료에 따른 암세포의 내성도 박테리아의 항생제 내성과 같은 기제로 작동한다. 항생제와 암 치료제는 박테리아와 암세포에게 일종의 선택압으로 작용한다. 그 영역에서는 다윈의 자연선택이 강력하게 작동하고 있는 것이다.

인간이라는 종이 특히 취약한 암이라는 질병에 대한 진화의학적 시각을 살펴보는 이유는, 수십 년 간 암 치료에 천문학적인 액수의 투자가 이루어졌음에도 불구하고 여전히 대부분의 인류가 암으로부터 고통을 받고 있다는 현실적 문제 때문이다. 2004년 미국 <포츈 Fortune>지는 "우리는 암과의 전쟁에서 졌다"는 제목으로 그 동안의 현대의학에 대한 투자에도 불구하고 현대의학이 패배했음을 공식적으로 선언했다. 이러한 시각은 대부분의 의사들이 공유하고 있으면서도 쉽사리 환자들에게 내뱉지 못하는 것이다.
나아가 인류를 지독하게 괴롭히고 있는 암이라는 질병은 환자 본인 뿐 아니라 가족들에게까지 지독한 고통으로 받아들여지게 된다. 이러한 상황에서 지푸라기라도 잡는 심정으로 많은 환자들이 대체요법을 선택하게 되며, 의사들의 입장에서도 이러한 환자의 선택을 막기엔 역부족이다. 암은 숙명처럼 우리 곁에 항상 도사리고 있다.

1991년 윌리암스와 네세가 진화의학에 관한 개론서를 편찬할 때만 하더라도, 암의 발생에 관한 진화적 사고는 의사들 사이에 널리 퍼져 있지 않았다. 그리고 18년이 지난 지금에도 상황은 개선된 것 같아 보이지 않는다. 여전히 암이란 피할 수 없는 불길한 운명의 그림자로, 꾸준한 종합검진과 조기치료 이외에는 피할 수 있는 방법이 없는 그런 질병으로 인식되고 있다. 이젠 거의 대부분의 현대인들이 암보험에 가입하고 있지만, 여전히 우리에게 중요하고 또 절실한 것은 되도록이면 암에 걸리지 않는 것, 혹은 암을 조기에 치료하는 것일 뿐, 암 발생의 진화적 기원이 무엇이냐는 학구적인 질문은 아니다.

다윈의학의 여섯 가지 설명 범위

1991년 윌리암스와 네세는 다윈의학의 프로그램이 다루는 질병에 대한 진화적 설명의 범위를 6가지로 제시했다. 그 중

첫 번째는 '방어'로, 기침과 같이 우리 몸이 외부물질로부터의 손상에 대항하기 위해 고안해 낸 적응적 결과물을 말한다. 그들은 현대의학에서 가끔 우리 몸의 방어기제가 질병과 혼동되어 이해되고 있음을 지적한다. 예를 들어, 기침이나 재채기는 병원균이나 독소에 대한 자연적인 방어기제일 수 있는데 의사들이 기침과 재채기 자체를 질병으로 다루는 경향이 있다는 것이다. 감기에 걸렸을 때 열이 나는 현상이 병원균에 의한 것인지, 혹은 병원균을 몸에서 제거하기 위해 우리 몸의 방어체계가 작동하는 것인지를 구분하는 일은 매우 어렵다. 이러한 차이를 적절한 수준에서 구분하고 치료에 적용하는 것이 다윈의학이 현대의학에 던지는 메시지 중 하나다.

두 번째 주제는 '감염'이다. 전염병학자 폴 이왈드가 숙주와 기생체 간의 진화적 군비경쟁에 관심을 가지게 되었던 이유가 바로 여기에 있다. 인류는 진화과정에서 수 많은 기생체들과 군비경쟁을 치러왔으며, 그 흔적은 우리의 유전체에 고스란히 새겨져 있을 것이라는 게 다윈의학의 예측이다.

세 번째 주제는 '새로운 환경'이다. 윌리암스와 네세는 이 주제를 우리가 '현대사회에 내동댕이쳐진 석기시대인'이라는 말로 요약한다. 홍적세의 아프리카에서 200만년 동안 진화한 우리의 몸이, 진화적 역사의 관점에서 보면 극히 최근에 이루어진 문명의 급속한 진보로 인해 창조된 현대인의 생활습관과 마찰을 일으킨다는 것이다. 구석기 시대인의 몸을 지닌 채 태어나는 우리의 몸과, 구석기 시대인의 생활환경과는 판이하게 다른 현대 문명 사이의 괴리에서 나타나는 부적응이 많은 질병의 원인이 된다.면역학자들의 연구는 알러지가 기생충에 대항해 진화한 우리 몸의 IgE 체계가 항원이 사라지면서 과도하게 반응하는 것이라는 '위생 가설'을 지지한다. 진화의학의 적용은 실용적인 학문인 의학이 가진 조심스러움을 극복해야 한다. 그것이 이론중심적인 진화학과 실험중심적인 의학 사이에 내재하는 학문적 갈등의 한 축이다.  

네 번째 주제는 '유전자'다. 윌리암스는 개체를 중심으로 연구되던 자연선택의 단위를 '유전자'로 끌어내린 장본인이기도 하다. 다윈의학에 그의 '유전자 선택설'을 적용시키기 위해 그는 홀데인(J.B.S Haldane)과 메다워(Peter Medawar)의 노화와 유전자에 관한 논문들을 기반으로 ‘부정적 다면 발현(negative pleiotropy)'라는 개념을 제시했다. 유전자가 '다면적'이라는 뜻은, 하나의 유전자가 여러 가지 표현형의 발현에 영향을 미친다는 뜻이다. 예를 들어, 젊은 시절에는 큰 이익을 주기 때문에 선택된 유전자가 노년기에 접어들면서 우리 몸에 해로운 영향을 미치는 경우가 있다. 우리의 유전체 속에 들어 있는 유전자들 중 일부는 노년기에 이르러 분명 우리의 몸에 해가 될 것이 분명함에도 불구하고 제거되지 않고 선택된다. 윌리암스의 부정적 다면 발현은 '노화(aging)'라는 현상을 설명하기 위해 고안되었고, 노화와 관련된 유전자와 질병들에 관한 진화적 설명에 가장 잘 적용된다. 뒤에 설명하겠지만, 암이라는 질병도 노화와 관련되어 있기 때문에 '다면 발현'은 암의 진화적 설명을 이해하는 데에도 필수적인 개념이 된다. 다윈의학이 다루는 유전자라는 존재의 성격은 한 마디로 역설적이라고 규정할 수 있다. '다면 발현'처럼 한 유전자가 우리에게 착할 수도 나쁠 수도 있다. 또한 다윈의학의 두 번째 주제인 '새로운 환경'에 유전자를 대입해 보면, 어떤 유전자는 과거에는 전혀 해롭지 않다가 새로운 환경을 만나 질병을 유발할 수도 있다. 마지막으로 유동인자에 대한 연구에서 살펴보았듯이, 어떤 유전자들은 개체의 안위는 돌보지 않은 채 자신의 복제에만 신경을 쓰기도 한다.

다섯 번째 주제는 '설계상의 절충'이라 불린다. 이 개념은 '얻는 것이 있으면 잃는 것도 있다' 혹은 '세상에 공짜는 없다'라는 말과 통한다. 자연선택에 의해 보존된 일부 형질들의 구조적 변화는 완벽한 설계일 수 없다. 자연선택은 눈먼 시계공이기 때문이다. 따라서 인류가 직립보행으로 인해 두 손이 자유롭게 되는 이득을 취했지만 그로 인해 인류는 척추질환으로 고통 받게 된 것이다.

마지막 주제는 '진화적 유산'이다. 이 주제는 앞에서 다룬 다섯 가지 주제를 포괄하는 것으로, 우리의 몸과 유전자에 새겨진 대부분의 흔적들이 우리 조상들이 겪은 진화적 경로를 각인하고 있다는 뜻이다. 포유동물의 식도는 기관지 앞으로 나 있기 때문에 물을 마시다 질식사할 수 있는 위험이 있다. 이러한 '진화적 제한'은 포유류가 물고기 선조로부터 분기해 나오면서 어쩔 수 없이 지니게 된 진화적 유산이다. 인간의 망막에 존재하는 맹점 역시 눈의 진화과정에서 어쩔 수 없이 설계된 진화적 유산이다.

암에 대한 다윈의학적 설명

인간이라는 종에게 특히 빈번하게 발생하는 암이라는 질병 현상은 앞에서 설명한 다윈의학의 여섯 가지 설명 범위 대부분에 부분적으로 중첩된다. 그 중에서도 모든 종류의 암이 노화가 진행될 수록 발병률이 증가한다는 점, 또한 암의 발병에 유전자의 돌연변이가 직접적으로 관여하고 있다는 점, 문명의 발달로 인해 최근에 급격히 달라진 현대사회의 환경과 여전히 구석기시대인의 그것과 같은 몸과 유전자를 지닌 인류 사이에 벌어지는 부적응이 암에 관한 진화적 설명의 핵심을 이룬다. 암에 관한 다윈의학적 설명은 아래와 같이 요약될 수 있다.

1. 세포분열이라는 현상은 고도로 조직화된 메커니즘이며 반드시 오류를 동반한다.
2. 몇몇 유전자 상의 오류는 통제된 세포분열 메커니즘에 이상을 일으킨다.
3. 세포분열의 이상은 암을 발생시킨다.
4. 노화가 진행되기 이전에는 이러한 암세포들은 면역계에 의해 효과적으로 차단된다.
5. 하지만 노화는 이러한 방어체계를 총체적으로 잃는 과정이다.
6. 암에 걸릴 확률은 노화가 진행될수록 높아진다.

단세포 생물이 다세포생물로 진화하면서 세포분열을 조절하는 일은 매우 중요한 문제가 되었다. 유전자들은 본질적으로 자신의 복사품을 더 많이 후손에게 전달하고자 하는 이기적인 존재이기 때문에, 수많은 유전자들의 이기성을 효과적으로 통제하면서 세포분열을 조절하는 것은 쉬운 일이 아니었을 것이다. 또한 다세포생물에게 있어 직접적으로 자연선택에 노출되는 것은 정자나 난자와 같은 생식세포다. 적응이란 결국 생식적 적합도에 의해 결정되기 때문이다. 얼마나 많은 자손을 다른 개체들보다 더 효과적으로 생산할 수 있느냐라는 문제가 자연선택이 유일하게 고려하는 현상인 셈이다.

노화에 관한 윌리암스의 '다면 형질 발현'을 받아들인다면 암을 비롯한 대부분의 선진국형 질병들, 즉 나이가 들수록 출현빈도가 높아지는 알츠하이머, 관절염, 당뇨병 등의 질병들에 대한 진화적 설명은 다음과 같이 매우 간단하게 기술될 수 있다.
어떤 유전자가 모든 사람들을 100살에 죽여 버린다고 해도, 청년기에 아주 사소한 이득만 제공해 준다면 전파될 수 있다. 노화를 유발하는 대부분의 유전자들은 청년기에 그 유전자가 제공하는 이익 때문에 선택되었고, 그 유전자들이 노년기에 가져올 위험천만한 영향은 자연선택에 노출되지 않는다.

이 설명을 조금 더 쉽게 풀어보자. 자연선택은 생식적 적합도에 따라, 즉 더 많은 후손을 남기는 형질을 선택한다. 따라서 자연은 다른 체세포보다도 난자나 정자세포를 보존하려 노력한다. 생식세포를 유동인자로부터 보호하는 파이RNA가 강력한 증폭과정을 가지고 빠른 시간 안에 진화한 이유를 살펴보며 우리는 이미 생식세포의 중요성을 체감했다. 따라서 조로증처럼 젊은이에게 해로운 돌연변이 유전자는 자연선택이 그것을 제거하기 때문에 매우 드물게만 나타날 뿐이다. 그러나 비슷한 힘을 가진 유전자들이지만 90세 이상의 노인에게만 영향을 미치는 유전자들은 계속 살아남을 수 있다.

노화는 생식적으로 성숙한 시기를 지난 후에, 즉 성공적으로 후손을 생산한 후에 일어나기 때문에, 인생의 후반기에 해당 유전자들이 갖는 해로운 영향은 자연선택의 감시망을 피할 수 있다. 결국 진화의 과정 속에서 이런 종류의 유전자들은 유전체 속에 선택되어 누적된다. 이러한 유전자들이 유전체 속에 동일하게 존재하기 때문에, 생식기 이후에 해로운 영향을 미치는 유전자들의 영향력은 몸 전체에 걸쳐 일어날 수 있다. 자연의 입자에서 한 개체가 생식을 마치고 자손의 생존을 확보한 이후에 벌어지는 유전자의 해로운 효과는 전혀 고려할 만한 문젯거리가 되지 않는다. 결국 극단적인 경우, 연어처럼 생식을 마친 이후에 즉시 개체가 죽어버릴 수도 있는 것이다. 자연선택은 생식세포를 편애한다. 자연선택은 웰빙을 추구하는 인류의 노력을 전혀 고려하지 않는다.

지금까지 1991년 윌리암스와 네세가 다윈의학을 통해 주장한 암의 발생에 관한 진화적 설명을 살펴보았다. 다시 한번 말하지만, 암에 대한 진화적 설명을 살펴보는 것과 의사들이 암을 실천적으로 치료하는 일 사이에는 피할 수 없는 괴리가 놓여 있다. 암에 관한 진화적 설명이 암의 치료에 실용적으로 도움이 되지 않는 한 이러한 괴리는 극복될 수 없다. 또한 윌리암스와 네세가 암에 관한 다윈의학적 설명을 시도하면서 우리에게 제시한 실천적 결론을 보면 이러한 괴리가 존재한다는 점을 실감할 수 있다. 진화학자들에게 있어 암이라는 현상은 인류가 진화적 역사 속에서 불가항력적으로 획득한 진화적 유산일 뿐이다. 그리고 그 설명은 실제로 암에 걸린 환자에게는 매우 냉소적인 어투로 들릴 수 밖에 없다. 사실 윌리암스와 네스가 우리에게 주는 결론은 이런 것이다.
암에 걸릴 가능성을 낮추는 또 다른 것으로 위험천만하게 사는 것이 있다. 일찍 죽어라, 그러면 암에 잘 걸리지 않을 것이다.

암이란 모든 종류의 비적응적이고 통제 불가능한 조직 성장을 통틀어 일컫는 말이다. 암은 성장과 분열 능력을 잃지 않은 어떠한 세포에서도 일어날 수 있으며, 각 세포의 암은 갖가지 개시 요인들과 억제 메커니즘의 실패 등에 의해 일어난다. 암이 의학적으로 정복되기 힘들다는 보고도 별로 놀랍지 않으며 보편적인 단일 치료법이 발견될 것 같지도 않다. 암을 반역자 세포와 숙주 사이의 경합으로 정확히 이해한다면 그에 대한 의학적 진보도 훨씬 더 빨라질 것이다.

암이라는 질병이 도대체 왜 인류를 위협하고 있는지에 관한 우리의 이해는 분명히 다윈의학을 통해 명료해졌다. 현대문명의 이기로 인해 장수하게 된 인류에게 있어 암이라는 질병은 더 이상 피할 수 없는 역설적인 질병이다. 그렇다고 해서 윌리암스와 네세의 제안처럼 인간이 암에 걸리지 않기 위해 연어처럼 후손을 낳고 바로 죽어버릴 수는 없다. 다윈의학에 대한 연구는 반드시 실천적인 해결책과 함께 조화되어야 한다. 예를 들어, 여성암의 증가에 관한 다윈의학적 고려는 이러한 실천적 해결에 매우 근접해 있다.

현대에 들어 여성암의 비율이 높아지고 있다는 것은 주지의 사실이다. 여성 생식 기관의 암 발병률은 이 여성이 그 때까지 경험한 월경 주기의 횟수에 직접적으로 비례한다. 즉 생식기관이 암에 가장 걸리기 쉬운 사람은 일찍 초경을 했으면서 폐경은 늦게 되고 월경 주기가 임신이나 수유에 의해 한 번도 중단된 적이 없는 여성이다. 과도하게 지속되는 세포분열은 암이 발생할 가능성을 높이기 때문이다. 영양상태가 좋아지면서 현대의 여성들은 과거보다 초경이 빠르고 폐경은 느리다. 또한 과거의 조상들처럼 아이를 많이 낳지도 않는다. 따라서 월경주기가 임신과 모유 수유에 의해 중단되는 기간 동안 일어나는 몸의 손상 복구 과정이 최소한으로 억제된다. 150회 정도의 월경주기를 가졌던 조상들에 비해 그보다 배는 많은 300~400회의 월경주기를 경험하는 현대 여성들에게 여성암이 빈번하게 발생하는 것은 우연이 아닌 것이다. 만약 지금처럼 영양상태가 좋은 상황에서 결혼이 늦어지는 악순환까지 겹쳐진다면 여성암의 발병율은 결코 줄어들지 않을 것이다.
그렇다고 해서 현대의 모든 여성들에게 일찍 결혼을 하고 일찍 아이를 낳으라고 강제할 수도 없는 노릇이다. 현대사회에서 성인으로 독립할 수 있는 비용이 증가하고, 결혼연령이 점점 늘어나는 현상은 여성들이 여성암에 걸릴 확률을 증가시킨다. 다윈의학이 우리에게 제시하는 통찰은 여기까지다. 그렇다면 그 해결책은 의학 혼자의 힘으로 내놓을 수 있는 것이 아니다. 새로운 환경과 오래된 몸의 갈등을 의학적으로 해결하려는 노력과 함께, 결혼이라는 제도적 비용이 경감될 수 있도록 사회의 공동노력이 요구되는 것이다. 어쩌면 다윈의학이 우리에게 제시하는 비전은 단순한 의학적 실천을 넘어 넓은 사회적 합의를 통한 인류의 복지향상에 있는 것인지도 모른다.


완벽할 수 없는 진화적 설계

진화적 설계가 완벽할 수 없다는 말은 '땜질'이라는 단어로 가장 잘 표현된다. 진화는 완벽한 설계를 향해 나아가는 과정이라기보다는, 기껏해야 주어진 기회들 가운데 가장 쓸모 있어 보이는 것을 선택하는 과정이기 때문이다. 이러한 땜질이 누적되어가면서 당장 쓸 수 있는 설계가 선택되기는 하지만, 그러한 설계에는 잠재적인 결함이 존재하게 마련이다. 이러한 잠재적 결함은 당장 문제를 일으키지만 않는다면 유전자 풀 속에서 유지될 수 있다. 당장의 문제란 보통 생식적 적합도에 영향을 미치지 않는다는 뜻으로 풀이될 수 있다. 예를 들어 주행 중 자동차의 팬 벨트가 끊어졌을 때, 스타킹을 이용해 땜질을 해 놓을 수 있다. 그렇다고 팬벨트가 해야 할 일을 스타킹이 완벽하게 할 수 있는 것은 아니다. 하지만 팬벨트 없이는 주행이 불가능한 상황에서 스타킹은 가장 좋은 선택일 수 있다. 진화의 설계적 절충은 이런 방식으로 작동한다. 암의 발생을 이러한 관점으로 설명할 수 있는 예들이 존재한다.


대부분의 현대인들이 생각하는 것처럼, 발암물질이 모든 암의 기원은 아니다. 발암물질이 암의 발병률을 높이는 것은 사실이지만, 암이라는 질병은 우리 종의 진화과정에서 역설적으로 짊어지게 된 숙명과 같은 것이다.  

단백질을 코딩하고 있는 인간 유전자의 약 1%, 즉 350개 정도의 유전자들은 돌연변이가 생겼을 때 암세포의 발생을 유도할 수 있다. DNA 상에 생기는 돌연변이는 우발적인 것이다. 하지만 DNA의 복제과정에서 돌연변이가 전혀 생겨날 수 없다면 진화는 불가능해진다. 변이가 없다면 진화도 없기 때문이다. 따라서 세포는 복제과정에서 어쩔 수 없이 발생하는 돌연변이를 감시하고 균형을 맞추어야 하는 압력에 놓이게 된다.
이러한 압력 속에서 DNA 수선을 위한 분자적 기제들이 진화했다. DNA 복제효소중합체에는 매우 훌륭한 자가수선 기계들이 붙어 다닌다. 그렇다고 그 기계들이 완벽한 것은 아니다. 약 10억개의 염기가 복제될 때마다 한 개 정도의 염기치환의 오류가 발생한다. 이중나선 결손(double-strand DNA breakage)이라는 현상도 자주 발생하는데, 많은 경우 암세포가 기원하는 배경이 된다. 세포가 분열할 때마다 약 50회의 이중나선 결손이 생긴다는 보고도 있다.

복제과정에서 발생하는 불가피한 오류 외에도, 유전자 재조합이라는 현상을 두고 세포 안에서 벌어지는 내재적 딜레마가 존재한다. 우리 몸의 면역세포들은 다양성을 만들기 위해 생식세포가 아님에도 불구하고 유전자 재조합이라는 현상을 이용하고 있기 때문이다. 면역세포의 유전자 재조합 과정에 사용되는 RAG1이나 RAG2라는 효소는 면역계에는 필수불가결한 요소이지만, 다른 세포주에서는 암세포로 발생할 수 있는 돌연변이의 기원이 되기도 한다.

결국 우리 몸 속에는 변이를 위해 어쩔 수 없이 남겨두어야만 하는 복제과정의 오류라는 딜레마, 면역계처럼 다양성을 창출하기 위해 위험을 무릎 쓰고 유전자 재조합을 진화시켜야만 했던 딜레마가 존재하고 있다. 이러한 적응의 과정은 해당 형질을 진화시켜야 했던 시기에는 분명 이익이었을 것이지만, 기껏해야 땜질에 불과했던 것이다. 이러한 딜레마를 함축한 형질이 진화할 수 있었던 것은, 이러한 형질들이 생식적 적합도에 크게 해를 미치지 않았을 것이라고 짐작할 수 있다. 암을 발생시키는 기제는 우리 안에 놓여있다. 그리고 그것은 어떨 수 없는 선택이었다. 암의 발생을 외부 물질에 의한 DNA 손상으로만 설명하려는 현대의학은 재고되어야 한다.

아기와 암세포의 유사성

발생과정에서의 세포분열은 놀라울 정도로 정교하고 빠르다. 암세포의 분열속도가 빠르기는 하지만, 복제과정에서 오류를 최소화하는 정교한 기제와 함께 진행되는 발생과정에 비할 바가 아니다. 따라서 발생과정은 매우 정확하고 정교하게 조화된 세포의 기능을 요구한다. 결국 대부분의 태아가 발생과정에서 착상에 이르기 전에 죽고 만다는 것은 놀라운 일이 아니다. 태아의 발생과정을 조율하기 위해 존재하는 많은 유전적 기제들이 성체가 된 후 발생하는 암세포들에 의해 도용된다는 것은 매우 불행한 일이다. 분열의 속도나 분열과정의 유사성에 비추어볼 때 그리 놀라운 일이 아닐지도 모르는 일이긴 하지만 말이다. 따라서 발생과정에서 중배엽의 세포들이 분화되어 이동하는 과정에 이용되는 유전자들이 암세포의 전이과정에서 그대로 도용된다는 것도 놀라운 일이 아닐 것이다.
이처럼 발생과정이 지닌 암세포와의 유사성은 소아암에 대한 내재적 기원에 대한 설명이 된다. 분열의 속도와 관련한 내재적 딜레마와 더불어, 비교적 단 기간 내에 형태학적인 진화를 달성했던 인류의 진화적 경로도 소아암의 발생에 대한 한 가지 설명이 될 수 있다. 특히 소아암의 발병률이 800분의 1 정도 되는 상황에서 자연선택이 이를 완벽히 제거하는 것은 사실상 어려웠는지도 모른다.

만암의 근원 줄기세포

줄기세포는 후생생물에서 보이는 적응의 결과로, 손상된 조직을 복구하고, 후생생물이 장수할 수 있도록 만들어주는 기제다. 줄기세포가 만능치료제로 인식되면서 대한민국에서도 줄기세포라는 단어가 유행하기 시작했지만, 줄기세포가 모든 암의 기원이라는 개념은 별로 알려지지 않았다. 줄기세포는 몸을 수리하고 장수하기 위해 필수적이다. 하지만 모든 문제의 원인이기도 하다.대부분의 악성 종양은 아마도 분열능력을 간직한 채로 유전자에 돌연변이가 생긴 줄기세포에서 유래할 것이다. 이기적 유전자의 목적이 복제를 통해 더 많은 자손을 남기는 것이라면, 세포의 수준에서 줄기세포는 가장 이기적인 세포인 셈이다. 개체는 생존을 위해 선택된 줄기세포의 이기적인 행위를 적절히 통제할 방안을 강구하지 않을 수 없다. 한 가지 방법은 줄기세포의 숫자를 최대한 줄이고 임시방편의 전구세포들의 증식을 통해 세포의 숫자를 확충하는 방식이다. 전구세포들이 놓인 미세환경에 따라 세포의 증식여부가 결정되는 정밀한 조절, 이 과정에서 DNA 손상이 일어날 경우 p53나 IKK4a와 같은 유전자의 스위치가 켜지고 즉시 세포사멸이 일어나는 기제가 줄기세포의 무분별한 복제를 제한한다. 물론 노화가 진행되고 줄기세포의 증식이 꼭 필요한 상황이 증가함에 따라, 이러한 제한의 효과는 감소할 수밖에 없다.

'비대칭 분열'이라는 현상을 통해 암의 위험을 차단할 수도 있다. 줄기세포의 분열과정에서 서로 다른 형태의 두 딸세포가 탄생하는 비대칭 분열은 DNA 복제의 오류를 하나의 세포에만 부여하는 보험이 될 수 있다. 하지만 비대칭 분열이 염기치환과 같은 복제오류에 대한 효과적인 방어는 될 수 있지만, 이중나선 결손과 같은 근본적인 오류에는 효과적이지 않다.

암: 숙명적 짐

이러한 내재적 위험 외에도 2009년 노벨생리의학상을 수상한 텔로미어 역시 염색체의 말단 길이를 유지시킴으로서 줄기세포나 오래사는 세포들을 유지하는 데에는 유리하지만, 염색체의 불안정성을 증가시켜 몇몇 암의 기원이 되기도 한다. 면역계의 세포들이 병원균 및 고장난 세포들을 제거하기 위해 사용하는 활성산소도 과도하게 사용되거나 조절이 되지 않으면 돌연변이를 유발하는 화학적 촉매로 사용될 수 있다. 상처를 치료하기 위해 존재하는 혈관생성의 기제들도 암이 발생하게 되면 암세포의 영양분을 공급하는 데 도용될 위험을 간직하고 있다. 이와 같이, 후생생물에서 포유류, 영장류로 진화하는 과정에서 그 당시에 처한 문제를 해결하기 위해 각 종이 선택해야만 했던 많은 분자적/생리적 기제들은 완벽한 설계와는 동떨어져 있다. 암이 발생했을 때 그러한 기제들이 역설적으로 암세포를 위해 사용된다는 점이 이를 반증한다. 어쩌면 암이란 대부분의 현대인들이 발암물질과 같은 외부 독성물질들에 의해 발병하는 것으로 알고 있는 상식의 반대편에 서 있는지 모른다. 암이란 진화상의 절충으로 인해 어쩔 수 없이 우리가 안고 가야 하는 짐일지 모른다.