두경부암은 전체 암 발생의 약 3~5%를 점유하며 지난 30년 동안 수술, 방사선요법, 항암화학요법 등의 발달로 두경부암의 국소적 치료는 많이 향상되었으나 환자의 5년 생존율은 40~50% 정도로 여전히 제자리에 머무르고 있다.¹⁾²⁾ 두경부암 환자는 결국 50~60%에서 국소 재발, 20~30%에서는 원격전이가 일어나게 되며 10~40%에서는 이차 원발암이 발생하게 된다.³⁾⁴⁾ 특히 조기 두경부암 환자에서 수술이나 방사선요법으로 국소적인 치료는 성공적으로 이루어지나 이 후 연 4~7%의 빈도로 이차 원발암이 발생하게 되며 이차 원발암의 발생이 조기 두경부암 치료의 실패의 중요한 원인이 된다.⁵⁾ 따라서 두경부암 환자의 생존율을 높이기 위해서는 새로운 치료법이 필요하며 이중 중요한 하나가 화학예방(chemoprevention)이다. 암화학예방은 자연이나 합성 물질로 전구암 병변에서 암으로의 진행을 억제하거나, 정상으로 회복시키거나, 암의 발생을 예방하는 것으로 이는 유전적 또는 후천적으로 담배, 술, 석면 등 발암물질에 노출되어 암발생의 확률이 높은 고위험군에서나 건강한 일반사람에게 적용시킬 수 있다.⁶⁾ 두경부암 치료 후에 담배를 끊었다 하더라도 이차암의 발생위험은 여전히 높으며 이러한 이유로 두경부암 환자의 생존율을 높이기 위해서는 금연과 더불어 이차 원발암에 대한 화학예방이 중요하다 하겠다.
   오늘날 두경부 영역에서의 화학예방은 전구암병변의 반전, 이차원발암 발생의 예방, 고위험군에서 암의 빈도와 암으로 인한 사망을 예방하는데 중점을 두고있다.⁴⁾
   두경부암에서 화학예방을 하여야 하며 또 가능하게 하는 두가지 근본적인 개념은 field cancerization과 multistep carcinogenesis이다.⁷⁾ Field cancerization은 담배, 술등의 여러 발암물질에 두경부 상부 호흡소화관 전체가 연속적이며, 광범위하게 노출되게 되며 이들 노출된 점막의 어느 곳에서나 여러 단계의 전구암 병변 및 암이 다발적으로 존재 할 수 있다는 개념이다. 이는 1950년대에 Slaughter 등이 처음 기술하였는데 구강암환자에서 암 주위의 점막에 증식증(hyperplasia), 이형성증(dysplasia), 상피내암(carcinoma in situ) 등의 여러 단계의 병변이 동시에 현미경적으로 존재하며 상피내암 이나 침습성암(invasive cancer)이 발암물질에 노출된 여러 곳에 다발적으로 발생한다는 것을 보고하였다.⁸⁾ 이 발암물질에 노출된 점막을 condemned mucosa라 하였으며 field cancerization의 개념을 대변한다. Field cancerization 개념은 최근의 여러 연구에서 증명되고 있는데 두경부암의 확실한 국소치료 후 년간 4~7%의 빈도로 이차 원발암이 발생하며 이중 80%가 담배 등의 발암물질에 같이 노출된 상부 호흡소화관에서 발생하는 것으로 임상적으로 뒷받침 될 수 있다.³⁾⁵⁾⁹⁾ 분자생물학적으로 암 주위의 정상 및 전구암 병변에서 여러 염색체 및 유전자의 변화가 관찰되는 것으로도 field cancerization의 개념은 뒷받침 될 수 있다. 두경부암은 다단계 암화과정을 거쳐 발생하는데 이는 담배 등의 발암물질에 연속적으로 노출되면 여러 유전자의 변화가 점진적으로 축적되고 결과적으로 표현형의 변화가 일어나 세포 증식의 이상이 초래되어 전구암 세포가 암세포로 진행하며 이어 주위조직으로의 침입과 전이가 일어난다.¹⁰⁾ 이 유전자의 변화는 대장암의 모델에서 잘 밝혀졌으며 현재 두경부암에서도 많은 것이 밝혀지고 있다.¹¹⁾ Califano 등은 두경부암의 암화과정에서의 유전자 변화도를 제시하였는데 초기에 9p, 3p, 및 17p Loss of heterozagosity(LOH)가 일어나 이형성증으로 되며 11q, 13q, 및 14q LOH, p53 유전자변이가 일어나 상피내암으로 발전되며 6p, 8, 14q 결손에 의하여 침윤성암으로 발전한다고 하였다.¹²⁾
   발암과정에서 초기인 전구암 병변에서는 정상조직으로 반전될 수 있다는 명제가 화학예방을 위하여 필요하며 이는 많은 통계나 임상결과에서 밝혀지고 있다.^7)10)13)14)

암화학예방의 임상적 시도

   화학예방의 임상적 시도는 1950년대 후반 구강백반증 환자를 대상으로 처음 시작되었다. 초기에는 주로 vitamin A를 임상적으로 이용하였으나 오늘날은 여러 retinoid를 이용한 임상적 시도가 두경부암 화학예방의 주를 이루고 있으며 가장 강력하고 많은 연구가 이루어지고 있다(Table 1 and 2).

전구암병변에서의 임상적 시도

   구강백반증은 전구암 병변으로 증식증 보다 이형성증이 있는 경우 악성화 가능성이 증가한다. Wolf가 1950년대에 구강백반증에서 vitamin A를 이용하여 처음으로 화학예방을 시작하였다.¹⁵⁾ Koch 등은 처음으로 synthetic retinoid를 사용하여 구강백반증을 치료하였는데 구강백반증 환자에서 all-trans-retinoic acid(ATRA), 13-cis-retinoic acid(13cRA), etretinate를 8주간 투여하였으며 각각 59%(ATRA), 87%(13cRA), 91%(etretinate)의 반응률을 보였다 하였다.¹⁶⁾ 최초의 randomized double-blind 실험은 MD Anderson Cancer Center의 Hong 등¹⁷⁾에 의하여 이루어졌는데 44명의 구강백반증 환자에서 13cRA(1~2 mg/kg/day)와 속임약(placebo)를 3개월간 투여하였으며 13 cRA군과 대조군의 임상적 반응율은 각각 67%와 10%였으며 조직학적으로 호전된 경우도 각각 54%와 10%로 매우 유의한 차이가 있었다. 그러나 retinoid 치료 후 2~3개월 내에 약 반의 환자에서 백반증이 재발하였다. 이에 근거하여 Lippman 등은 retinoid치료 후 재발을 줄이기 위하여 고용량 13cRA를 3개월간 투여 후 유지요법으로 저용량 13cRA(0.5 mg/kg/day) 또는 β-carotene을 9개월간 투여하였는데 β-carotene은 효과가 없었고 13cRA군에서는 재발율을 낮출 수 있었다 하였다.¹⁸⁾ 다른 시도로 구강백반증 환자에서 4-(hydroxycarbophenyl) retinamide로 치료하였는데 치료군에서는 87.1%의 반응이 있었고 대조군에서는 16.7%의 반응이 있었다.¹⁹⁾ Retinamide의 부작용은 드물었고 작은 예에서 transaminase의 증가가 있다 하였다.
   Chiesa 등은 구강백반증을 수술로 절제한 뒤 4-HPR(200 mg/day)과 속임약을 투여하였는데 대조군에서는 29%의 재발이 있었으나 4-HPR군은 7.7%에서만 재발이 있다 보고하였다.²⁰⁾
   Vitamin A를 이용한 구강백반증 치료는 Stich 등이 하였는데 vitamin A 200,000 IU/week나 속임약을 투여하였으며 치료군의 57.1%에서 완전관해가 있었으며 대조군에서는 3%에서 완전관해가 있었으며 21.2%에서는 병변이 악화되었다 보고하였다.²¹⁾
   Papadimitrakopoulou 등은 진행된 두경부 전구암병변에서 isotretinoin, α-tocopherol, interferone-α를 12개월동안 병합투여하였는데 원발부위가 후두인 경우는 완전관해가 6개월과 12개월에 약 50%에서 있었지만 구강인 경우는 6개월과 12개월에 각각 9%, 0%로 구강에 비하여 후두의 전구암에서 효과가 좋았다고 보고하였다.²²⁾
   저자는 구강 및 후두의 백반증 환자에게 13cRA를 1~2 mg/kg/day의 용량으로 3개월간 투여하였는데 30%의 환자에서 부분관해가 있었다(미게제 자료).

이차원발암예방의 임상적시도

   이차 원발암의 발생은 초기 두경부암 치료실패의 중요한 원인이다. Hong 등²³⁾은 이차 원발암의 발생을 예방하거나 지연시키기 위하여 고농도 13cRA(100 mg/m²/day)와 속임약을 수술이나 방사선에 의한 국소치료가 완료된 두경부암 환자에게 12개월 동안 투여하고 평균 3년정도 관찰하였는데 이차 원발암이 13cRA군은 4%, 대조군은 24%에서 발생하여 13cRA군에서 유의하게 이차 원발암의 발생이 적었다 하였다. 그러나 재발이나 원격전이와는 상관관계가 없었다. Bolla 등²⁴⁾은 조기 구강 및 인두암환자에서 국소치료 후 etretinate와 속임약을 투여하였는데 etretinate를 처음 1달은 하루 50 mg을 그 후 23개월 동안은 하루 25 mg를 투여하여 5년간 관찰한 결과 치료군과 대조군 간에 재발이나, 이차 원발암, 생존율에서 차이가 없다 발표하였다.
   현재 미국과 유럽에서 각각 조기 두경부암 환자를 대상으로 이차원발암을 예방하기 위한, 여러 기관이 합동으로 하는 대규모 연구가 진행되고 있으며 이 연구가 완료되면 이차원발암 예방에서의 retinoid의 효과가 확실히 밝혀 질 것이다.

일차 두경부암 화학예방의 임상적시도

   일차 두경부암 발생을 줄이기 위한 화학예방의 임상적 시도는 아직 없다. 폐암을 대상으로 beta carotene, alpha tocopherol를 이용하여 암의 빈도를 줄이고자 하는 연구가 시행되었는데 양성 결과는 없었다.^25)26)27)

Retinoid 대사 및 생물학

   현재 2000여 이상의 물질이 여러 연구에서 화학예방 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. Retinoid, beta carotene, alpha tocopherol, selenium 등이 임상적으로 두경부암에서 사용되고 있으며 이중 retinoid가 가장 활발히 화학예방에 이용되고 그 효과가 많은 연구에서 밝혀지고 있다. 그 외 curcumin, epigallaocatechin gallate(green tea), folic acid 등도 화학예방의 가능성이 많은 물질로써 이에 대한 연구가 이루어지고 있다.⁴⁾
   Retinoid는 retinol, retinol 유도체인 retinyl palmitate, all-trans-retinoic acid(tretinoin), 13-cis-retinoic acid(isotretinoin), 9-cis-retinoic acid(alitretinoin) 및 합성물질인 etretinate, fenretinide, arotinoids 등을 총칭하여 말한다. Carotinoid는 beta carotene이 대표적 물질이며 retinoid와는 다른 종류로서 필요하면 생체내에서 retinol로 전환될 수 있다. Retinol은 간, 달걀, 그리고 야채에 많이 함유되어 있으며 retinal을 거쳐 retinoic acid로 전환된다. Alcohol dehydrogenase가 retinol에서 retinal로의 전환에 필요하며 aldehyde dehydrogenase가 retinal로부터 retinoic acid로의 산화에 필요하다.²⁸⁾ Retinoic acid의 혈중 농도는 retinol보다 100배정도 낮으며 retinoic acid의 조직내에서의 농도는 잘 알려져 있지 않다. Retinol의 섭취를 증가하여도 retinoic acid가 증가하는 것은 아니기 때문에 retinoic acid의 직접 투여가 화학예방에 중요하다. Retinoid는 혈액과 조직 내에서 여러 단백과 결합하여 이동하는데 혈중에서는 21 kDa retinol-binding protein(RBP)과 결합하여 이동한다.²⁹⁾³⁰⁾ 조직 내에서 retinol, retinoic acid는 각각 cellular retinol-binding protein(CRBP and CRBP II), retinoic acid-binding protein(CRABP I and II)과 결합한다.³¹⁾ Retinoic acid는 주로 간 등에서 CYP P450에 의해 산화되어 대사된다.
   Retinoid가 세포분화와 암세포의 증식억제 효과를 나타내는 기전은 관련된 유전자의 발현을 조절하여 이루어지는데 이는 retinoid가 nuclear retinoid receptor와 결합하여 작용한다. Nuclear retinoid receptor는 steroid/thyroid hormon/vit. D receptor family로 ligand-activated transacting transcription factor로 작용한다.³²⁾ 두가지의 retinoid nuclear receptor가 있는데 RAR와 RXR이다. 각각은 α, β, γ의 3가지 subtype이 있으며 RAR-α, RAR-β, RAR-γ는 각각 염색체 17q21.1, 3p24, 12q13에 위치한다. RXR-α, RXR-β, RXR-γ는 각각 염색체 9p34.3, 6p21.3, 1q22-23에 위치한다.³³⁾³⁴⁾ RARs는 ATRA 및 9cRA와 결합하며 RXRs는 특징적으로 9cRA와 결합하며 ATRA와는 결합하지 않는다. Retinoic acid가 nuclear retinoid receptor에 결합하면 RARs, RXRs는 heterodimer를 형성하며 특별한 DNA배열인 retinoic acid responsive element(RARE)에 결합하여 유전자의 전사를 조절한다.³⁵⁾
   Retinoid는 tumor promotion의 단계에 주로 작용하여 promotion을 억제하며 정상 및 암세포에서 세포의 분화를 촉진시키고 증식을 억제하며 세포고사를 유도하는 여러 작용을 나타낸다.
   Retinoid가 동물모델에서 암 발생을 억제한다는 사실은 여러 연구에서 밝혀졌는데 DMBA-induced hamster buc-cal pouch carcinogenesis model, DMBA-induced tongue carcinogenesis model, 및 4-nitroquinoline-1-oxide induced mouse oral SCC model에서 13cRA는 암 발생을 억제하거나 지연시키는 효과가 있다.^36)37)38)

화학예방에서 중간 생물학적 표지자(Intermediate Biomarkers)

   화학예방 연구에 있어 궁극적인 목표 및 지표는 암 발생률로 이것을 비교하는 것은 긴 시간과 많은 비용을 필요로 하므로 많은 장애가 있다. 그래서 화학예방에 있어 intermediate biomarker는 반드시 필요하며 현재까지 궁극적인 환자의 생존이나 암 발생과 연관된 표지자가 밝혀지지는 않았지만 여러 후보 biomarker가 대두되고 있다. Intermediate biomarker는 조직 내에서 조직학적, 유전적, 생화학적, 또는 증식이나 분화에 관련된 생물학적인 변화로 반드시 암 발생 이전에 일어나는 변화로 정의 될 수 있으며 화학예방에 의하여 변화되거나 암의 대리표지자로 사용될 수 있어야 한다. 다음은 가능성이 있는 biomarker에 관하여 알아보고자 한다.

Micronuclei assay
   Micronuclei는 유사분열 중에 분열된 핵에 포함되지 않는 세포질내의 chromatid/chromosomal fragment로 담배나 음주 등의 발암물질에 노출되어 DNA 손상의 결과로 나타날 수 있다. Micronuclei는 발암물질에 노출된 사람의 구강이나 기관지 점막에서 증가될 수 있으며 antioxidant로 치료한 구강백반증에서 감소하였다는 보고가 있다.³⁹⁾ Micronuclei는 암발생을 예견하는 표지자로는 사용하기가 어렵고 단지 발암물질에 노출된 정도를 평가하는데 적합하다.

Chromosomal abnormality
   두경부암을 포함한 인체의 여러 암에서 염색체의 변화는 많이 일어난다. Hittelman 등⁴⁰⁾은 in situ hybridization방법을 이용하여 interphase 세포에서 염색체의 변화를 관찰하였는데 두경부암 주변의 정상점막, 증식증, 및 이형성증에서 polysomy가 관찰되었으며 정상점막에서 이형성증을 거쳐 암으로 진행될수록 polysomy의 빈도가 증가한다고 보고하였다.
   Allelic loss는 microsatellite marker를 이용하여 잘 관찰할 수 있다. Mao 등⁴¹⁾은 두경부 백반증, 전구암병변에서 3p14, 9p21의 LOH가 45%, 36%의 빈도로 나타나는 것으로 이 loci에서의 LOH가 두경부암발생의 초기에 나타나는 현상임을 알 수 있으며 두경부 전구암병변에서 이 loci의 LOH가 있으면 두경부암의 발생 가능성이 높아지며 암발생의 표지자로 사용이 가능하다고 보고하였다. 또 Mao 등⁴²⁾은 진행된 두경부 전구암병변에서 13cRA, Interferon-α, alpha tocopherol을 사용하여 치료한 전후에 조직에서의 LOH를 조사하였는데 치료 전에 3p14, 9p21, 17p13의 LOH가 각각 44%, 81%, 42%의 빈도로 있었으며 치료 후 임상적, 조직학적으로 반응이 있었던 예를 포함하여 89%의 환자에서 여전히 9p21의 LOH가 있었다고 보고하였다. 이로 미루어 화학예방 후 재발이 많은 이유가 유전적으로 이상이 있는 clone이 계속 남아 재발이 되는 것으로 사료되며 화학예방 치료시 임상적이나, 조직학적인 변화뿐만 아니라 9p21 LOH 등의 유전자 변화를 표지자로 관찰하여야 한다고 주장하였다.

Tumor suppressor gene
   대표적인 암억제유전자인 p53은 두경부암의 40~60%에서 돌연변이나 과발현을 나타낸다. p53 유전자변이는 두경부 암화과정의 초기에 일어나기 때문에 두경부암 뿐만 아니라 전구암병변에서도 p53의 변이가 있다. Hong 등은 p53이 두경부암의 다단계 암화과정에서 조직학적 단계와 밀접한 관계가 있으며 또한 retinoid의 치료 반응과 밀접한 관계를 나타내는데 p53의 과발현이 있었던 경우는 retinoid 치료에 반응이 좋지 않았으며 retinoid 치료로 p53의 과발현이 없어지지 않았다 보고하였다.⁴³⁾⁴⁴⁾

Growth factors
   EGFR, TGF-α 등이 biomarker로 사용될 수 있다. EGFR은 두경부암 주위의 정상점막 및 이형성증 병변에서도 발현되며 암으로 진행될수록 점차적으로 발현이 증가되기 때문에 EGFR의 과발현은 표지자로 사용 가능성이 있다.
   TGF-α도 암과 주위의 이형성증 병변에서 발견되며 13cRA로 치료한 구강백반증 환자에서 치료 후 TGF-α의 발현이 감소하였다는 보고가 있다.⁴⁵⁾

Proliferation marker
   Shin 등은 PCNA는 DNA polymerase delta와 작용하여 세포증식에 밀접히 관련되며 두경부암의 주위 정상조직으로부터 이형성증을 거쳐 암으로 진행하면서 발현이 증가한다고 보고하였다.⁴⁶⁾

Differentiation marker
   분화 표지자로는 blood group antigen, transglutaminase type I, involucrin, high-molecular weight K1 keratin 등이 있으며 암은 정상세포로의 분화에 이상이 있기 때문에 분화표지자는 암발생의 표지자가 될 수 있다. 13cRA로 치료하였을 때 약 1/3에서 분화도 표지자가 억제되었다는 보고가 있다.⁴⁷⁾

Metabolizing enzyme
   흡연이 두경부암 발생의 중요 원인으로 흡연자에서 암 발생 확률이 높지만 개개인의 유전적 감수성도 중요한 위험인자가 된다. 이들 개개인의 유전적 감수성의 차이는 담배 등에 들어 있는 발암물질의 활성화와 비활성화에 관련된 효소의 유전적 다형성에 의하여 효소의 활성도가 달라지기 때문에 생기게 된다. 발암물질의 활성화에 관련되는 phase I의 CYP1A1 및 발암물질의 비활성화에 관련된 phase II의 GSTM1, GSTT1, GSTP1 등의 효소의 유전자 다형성이 개개인의 유전적 감수성의 차이에 관련되어 있다. 저자는 한국인에서 CYP1A1 val/val 형 및 GSTM1 null type인 경우 두경부암 발생 위험률이 높다 보고하였다.⁴⁸⁾⁴⁹⁾

Retinoic acid receptor
   특정 retinoid receptor발현의 변화는 retinoid signal을 변화시켜 암 발생을 촉진할 수 있
다. RAR-β는 구강과 기관지의 암 발생 초기에 특징적으로 억제된다. Lotan 등에 의하면 구강백반증 환자의 전구암 병변이나 두경부암의 인접 전구암병변의 약 50~60%에서 RAR-β mRNA발현이 소실되며 13cRA로 치료하고 난 후에는 RAR-β mRNA의 발현이 다시 증가한다 하였으며 이는 임상적 반응정도와 연관이 있다 보고하였다.⁵⁰⁾ 이로써 RAR-β는 화학예방에서 중요한 임상적 표지자로 사용이 가능하며 RAR-β 발현의 상승의 경우 임상적 반응을 예측할 수 있다.

결     론

   암화학예방은 현재 발전단계에 있다. 아직까지 표준화된 시도가 임상적으로 이루어지지는 않는 실정이며 암의 발생률과 환자의 생존에 확실하게 효과가 있다고 밝혀진 약제는 아직 없다. 그러나 두경부암에서 retinoid에 대한 많은 임상적 및 분자생물학적 연구가 이루어지고 있으며 그 효과에 대한 가능성이 많이 보고되고 있다. 현재 진행 중에 있는 대규모 phase III 연구가 완료되면 좀 더 확실한 화학예방의 가능성이 밝혀질 것으로 사료된다. 더불어 강력하고 새로운 화학예방 약제 및 화학예방의 효과 판정을 위한 intermediate end-point biomarker의 개발이 필요할 것으로 사료된다.

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