과학, 희망이다(001) — 왜 개인 맞춤 의학(personalized medicine)인가?

“약물 부작용(adverse drug reactions)”은 일반적이다. 미국의 경우, 매년 2백만 명 이상이 처방약에 대한 부작용으로 인해 입원한다고 알려져 있다. 약물이 어떤 사람에게는 효과가 있고 다른 사람에게는 나쁜 반응을 일으키는 이유에 대해서, 최근에는 일반적으로 각 개인간의 유전체(genome), 후성유전체(epigenome), 미생물군유전체(microbiome), 그리고 단백질체(proteome) 등의 차이로 설명하려고 한다.

대부분의 사람들에게 효과가 있는 약이 당신에게는 효과가 없을 수도 있다. 이 경우, 그 약은 오히려 당신에게 해를 끼칠 수 있다. 따라서 우리는 두 가지가 필요하다. 첫째, 질병이 생명을 위협하기 훨씬 전에 질병을 예측하고 감지하는 방법이 필요하고, 둘째, 당신과 당신의 고유한 신체에 효과가 있는 약을 알아내는 것이 필요하다.

의학을 포함한 과학은 수천 년 동안 이 두 가지를 시도해왔다. 그동안 엄청난 진전이 있었지만 아직 충분하진 않다. 하지만, 멀지 않은 미래에 우리는 우리 시대의 가장 큰 혁명 중 하나를 경험할 것이고, 이러한 변화는 아마도 역사상 가장 큰 혁명일 것이다.

이 혁명에는 많은 이름과 모습이 있다. 때로는 개인 맞춤 의학(personalized medicine), 때로는 정밀 의학(precision medicine), 때로는 계층화 의학(stratified medicine)이라고도 한다. 이것은 의료 행위에서 비교적 새로운 개념인 “증거 기반(evidence-based)” 의학의 일종이다. 한명한명 개인의 독특한 분자 구성과 특정한 개인이 가지고 있을지도 모르는 신체 기능의 장애에 대한 분자 수준에서의 이해를 기반으로 하는 의학의 한 연구분야이다. 즉, 개인 맞춤 의학은 우리 몸의 무엇이 잘못되었는지 알고자 하는 우리의 궁금증에 대한 답을 제공하고 유사 이래 인류가 추구해 왔던 질병을 치료하는 방법을 제공할 수 있을 것을 약속하고 있다고 볼 수 있다. 또한 우리 선조들이 견디어낸 수동적인 진화를 이제는 끝내고, 자기주도적이며 능동적인 미래를 시작하게 된다는 의미이기도 하다.

지금까지의 의학적 발전은 주로 개인이 아닌 전체 인구에 혜택을 주기 위한 방법 또는 기술의 개발에 기반을 두고 있었다. 200년 전 영국의 평균 수명은 약 40세에 불과했는데, 그 이유는 대부분 모든 어린이의 3분의 2가 4세 이전에 사망했기 때문이었는데, 이는 적절한 식단과 깨끗한 물을 제공하는 공중 보건 측면의 노력 때문이었다. 또한, 예방 접종, 출산 및 수술 중 멸균 절차, 세균성 질병을 치료하기 위한 항생제와 같은 다른 발전과 결합하여 오늘날 평균 수명은 약 80세 이상이라는 놀라운 성과를 이루었다. 그러나 인간의 건강과 생명을 유지하기 위한 인구 기반 접근 방식은 실패하기 시작했다.

현재 의학이 실패하기 시작했다고 볼 수 있는 가장 명백한 분야는 약물 개발 분야이다. 폴 에를리히(Paul Ehrlich, 1854년~1915년, 1908년 노벨 생리학•의학상 수상)가 1909년 매독 치료제인 아르스페나민을 발견하고 우리의 질병을 치료하기 위해 “마법의 총알(magic bullet)”이라는 개념을 도입했을 때, 그리고 알레산더 플레밍(Alexander Fleming, 1881년~1955년, 1945년 노벨 생리학•의학상 수상)이 1928년에 페니실린을 발견하여 광범위한 전염병을 치료했을 때, 우리는 암에서 감기에 이르기까지 다른 질병에 유사한 마법 효과를 나타내는 다른 화합물이 발견될 수 있다는 개념에 매료되었다. 그 결과 거대한 산업인 제약 산업이 생겨났고, 현재 이름을 말할 수 있는 거의 모든 질병을 치료하기 위해 일반적으로 처방되는 약이 천 가지 이상이다. 미국과 캐나다의 가정의는 평균적으로 매년 이러한 약에 대한 20,000건 이상의 처방전을 작성한다고 알려져 있다. 이러한 관행으로 인해 65세 이상 북미인의 약 20%가 매일 10가지 이상의 약물을 복용하는 등 많은 종류의 양의 약물을 복용하고 있으며, 미국인의 50% 이상이 매일 최소 하나의 처방약을 복용한다고 한다. 이러한 처방약 복용의 직접적인 결과로 북미에서 네 번째로 높은 사망 원인은 약물 또는 약물 요법에 대한 부작용으로 연간 100,000명 이상이 사망한다고 알려져 있다. 게다가, 약물 부작용의 최대 90%가 보고되지 않는 것으로 추정되며, 따라서 처방약 복용과 관련된 위험은 훨씬 더 높을 것으로 추정된다.

약물부작용의 가능성 외에도 이러한 약물 중 다수는 복용하는 사람에게 효과가 아예 없는 경우 역시 많은데, 그 수치가 끔찍하다. 암 치료를 위한 약의 약 75%는 처방받은 환자에게 전혀 도움이 되지 않으며, 알츠하이머 치료제의 70% 이상이 처방받은 환자에게 효과가 없다. 그리고, 요실금 치료제의 거의 60%는 처방받은 환자에게 거의 쓸모가 없는 것으로 알려져 있고, 골다공증 치료제의 50%는 처방받은 환자의 뼈를 튼튼하게 하지 않으며, 류마티스 관절염, 편두통, 심장 부정맥, 천식과 같은 상태를 치료하는 데 사용되는 약물의 40% 이상이 처방받은 환자에게 효과가 없다고 보고된 바 있다. 일반적으로 처방된 약의 50% 미만이 처방된 환자에게 실제로 도움이 된다는 것이다.

대성공을 거둔 약물에도 문제가 있다. 높은 수준의 혈중 콜레스테롤을 치료하는 데 사용되는 “블록버스터” 약물인 스타틴(statin)은 심장마비 위험을 54%, 뇌졸중 위험을 48% 줄이는 것으로 밝혀졌으며, 심혈관 질환으로 인한 사망을 줄이는 데 중요한 역할을 했다. 심혈관 질환이 이제는 더이상 주요 사망 원인이 되지 않을 정도로, 스타틴은 ‘대부분의 사람들’에게, 즉 확률적으로 매우 효과적이다.

그러나 스타틴 및 기타 블록버스터 약물들이 가지는 문제는 ‘대부분의 사람들’에 포함되지 않는 사람들에게 나타난다. 어떤 사람들은 스타틴을 너무 빨리 대사한다. 약물이 효과를 발휘하기 전에 몸이 약물을 분해하고 콜레스테롤 수치가 높게 유지되기 때문에 여전히 심장마비나 뇌졸중의 위험이 증가한다는 것이다. 다른 사람들은 약물을 너무 느리게 대사하여 스타틴이 체내에 남아 콜레스테롤 수치를 낮추기는 하지만 때때로 불편하고 고통스러운 부작용을 일으킨다. 뿐만 아니라, 스타틴 사용자의 17%가 근육통과 메스꺼움의 부작용을 경험하고 있는 것으로 추산된다. 정말 운이 좋지 않은 사람들은 약물에 대한 심각한 부작용을 경험할 수 있는데, 스타틴으로 유발된 횡문근 융해증이 쇠약하게 되는 형태의 근육 손상으로 인해 신부전이 발생할 수 있다.

약물부작용, 즉 약물에 대한 이상 반응은 대부분의 일반적인 약물이 신체의 모든 곳으로 이동하기 때문에 발생한다. 일반적으로 1% 미만인 작은 비율만이 유익한 효과를 가질 수 있는 질병 부위에 도달한다. 나머지 99%는 약물 복용 전에는 건강했던 조직에 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 처방되는 항암제인 독소루비신(doxorubicin)의 경우 암세포와 같이 빠르게 분열하는 세포를 죽이는 데 매우 효과적이지만, 어디든 퍼져나가기 때문에 골수(bone marrow)에서 빠르게 분열하는 세포 역시 죽이게 되고 따라서 면역 체계가 손상된다. 또한, 위에도 영향을 미쳐 토하게 될 수 있고, 모발 세포에서 모발이 빠지게 된다. 이러한 것들로 인해 심장에도 심각한 부작용이 있을 수 있다.

여기에 더해, 더 많은 문제가 있다. 암 화학 요법의 첫 번째 주요 성공 중 하나는 소아 백혈병 치료였다. 1950년에는 소아 백혈병 진단은 거의 확실한 사형선고였는데, 당시 90% 이상의 아동이 1년 이내에 사망했다. 이에 비해서, 현재 아동기의 가장 흔한 유형인 급성 림프구성 백혈병 진단을 받은 아동의 90% 이상은 암 치료 후 5년 동안 암이 없는 상태를 유지할 정도이다. 그러나 이 생존자들은 종종 정상적인 삶을 영위하지 못한다. 가장 효과적인 약물 칵테일로 치료받은 아동의 30% 이상이 영구적으로 난청으로 힘들어 한다고 알려져 있다. 기타 “부작용”에는 불임, 벌육지연 등 포함된다. 목록은 계속해서 늘어날 수 있는데, 아동에게 가해지는 비용은 계속 증가하게 되고 정서적으로도 약영향을 미칠 수 있으며, 사회적 비용 역시 만만치 않다.

이러한 부작용은 예외적인 것이 아니다. 아동의 고형암 치료를 위한 일반적인 화학요법 프로토콜에는 독소루비신이 필요한데, 이러한 암에 대한 치료를 받고 있는 아동이 화학요법의 결과로 심부전에 걸리는 것은 드문 일이 아니며, 이로 인해 때때로 심장 이식이 필요하게 된다. 약물부적용으로 인한 약화된 심장으로 인해서 생존자는 평생동안 영향을 받을 수 있다.

많은 경우, 질병을 치료하는 약이 성공할 수도 있고 별다른 영향이 없거나 부작용으로 인해 고통받을 수 있다. 어떤 약이 어떤 환자에게 가장 잘 작용하고 어떤 환자가 심한 부작용을 겪을지 미리 알 수 있는 방법은 현재로서는 없다고 말할 수 있다. 그래서 환자와 의사는 자신에게 가장 좋고 가장 효과적인 약을 찾기 위해 위험한 시행착오 여행을 시작해야만 한다.

약물의 다양한 효능과 건강한 조직에 대한 부작용으로 인해 발생하는 문제에 대한 관심의 증가로 인해서, 오늘날의 신약 개발은 거의 불가능한 작업이 되었다고도 할 수 있다. 현재 승인된 약물을 얻는 데 드는 비용은 10억 달러 이상이고 15년 이상이 걸릴 수 있다고 한다. 승인받았다고 하더라도, 소수의 사람들에게서 발생하는 일부 이상반응으로 인해 그 약품이 시장에서 퇴출될 수도 있다.

이러한 모든 문제는 의학에 대한 현재까지 획일적인 접근 방식에서 비롯된다고 할 수 있다. 이러한 접근 방식이 반드시 효과가 있는 것이 아니기 때문이다. 왜냐하면 당신이 다른 사람들과 다르다고 자신에 대해 생각했던 바로 그것이 실제로 사실이기 때문이다. 당신은 당신에게 맞는 적절한 치료를 받아야 한다. 즉, 미래의 약은 당신의 신체를 위해 개인화되어야 한다.

의사들은 종종 맞춤 의학이라는 용어에 화를 내기도 한다. “항상 맞춤의료를 실천해 왔습니다!” 즉, 환자의 말을 경청하고 상담하며 개별적으로 진단하고 조언한다는 의미일 것이다. 그러나 그들은 실제로 당신에 대해 얼마나 알고 있을까? 의사는 육안으로 확인하고 신체 검사와 증상을 바탕으로 무엇이 잘못되었는지 평균적인 의미에서 효율적으로 진단할 수 있다. 그러나 의사는 질병과 치료에 대한 반응이 처음으로 나타나는 분자 수준에서의 이해에 대해 많이 알지 못한다. 즉, 당신의 의사는 당신의 유전적 암호에 대한 자세한 내용을 알지 못하기 때문에 의사가 처방할 수 있는 약물에 당신이 어떻게 반응할지 알 수 없다. 당신의 의사는 당신이 앓고 있거나 앓고 있는 질병을 치료하기 위해 당신이 복용하는 약물이 당신에게 효과가 있는지, 또는 당신이 가지고 있을 수 있는 질병에 관한 엄청난 양의 진단 정보를 포함하고 있는 당신의 혈액 분자의 구성을 모른다. 당신을 위한 식단이 적절한지 여부나 당신의 면역 체계가 얼마나 잘 작동하고 염증성 질환에서 중요한 역할을 하는지에 영향을 미치는 당신과 당신의 몸에 살고 있는 미생물의 유형과 양을 모른다. 요컨대, 의사는 치료를 위한 다양한 정보를 안내하기 위해 당신에 대한 많은 중요한 분자 수준 정보에 액세스할 수 없다. 이는 잘못되거나 지연된 진단 및 부적절한 치료 개입으로 이어질 수 있다.

미래의 의학은 개인화되고 훨씬 더 효과적일 것이다. 왜냐하면 당신과 당신이 가지고 있는 신체기능의 장애에 대한 자세한 분자 수준의 정보가 점점 더 이용 가능하기 때문이다. 대표적인 예는 유전체(게놈)이다. DNA(디옥시리보핵산)는 모든 신체적 특징을 암호화하고 모든 강점과 약점을 지닌 개인이 되도록 한다. 머지 않은 미래에, 세포에서 발견된 긴 DNA에 포함된 분자 코드를 해독하고 이 정보를 의료 기록의 일부로 저장하기 위해 게놈 시퀀싱(sequencing, 서열 확인)을 받는 것이 일반화될 것이다. 게놈의 서열에는 심장병에서 당뇨병, 우울증 및 치매에 이르는 질병의 위험에 대한 상세하고 정확한 정보는 물론, 어떤 약물이 가장 잘 작용하고 유해한 부작용을 일으킬 수 있는지에 대한 정보가 포함되어 있다.

그러나 게놈의 서열은 당신에 대한 완전한 정보를 제공하지는 못한다. 암 및 유전 질환과 같은 유전 질환을 제외하고, 게놈 서열은 실제로 가지고 있는 신체 기능의 장애를 진단하는 데 그렇게 유용하지는 않다. 바로 여기에서 단백질체학(proteomics), 분자 분석의 다음 수준이 시작된다. 현재 과학의 발전으로 단백질체 측정이 꽤 효율적으로 이루어지고 있는데, 이것은 중요하다. 예를 들어 당신의 혈액이나 다른 체액에 있는 1,000개의 단백질에 대한 분석은 당신이 실제로 가지고 있거나 미래에 가질 수 있는 모든 질병에 대한 정확한 진단을 잠재적으로 제공할 것이기 때문이다. 이러한 분석을 통해 현재 받고 있는 치료나 생활 방식의 변화가 건강을 회복하는 데 도움이 되는지 여부도 알려줄 수 있다.

또한, 우리 몸을 구성하는 부분에 대한 분자 수준 분석의 빅데이터가 계속 보고되고 있다. 앞으로 5년 이내에, 기분이 좋지 않거나, 고통스럽거나, 우울하거나, 허약할 때 당신에게 무엇이 문제인지 점점 더 정확하고 정확하게 알려줄 수 있는 더 포괄적인 분자 테스트를 사용할 수 있게 될 것이며, 이로 인한 의료 시스템의 변화는, 건강 상태를 항상 확인받기를 원하는 사람들에게는 축복이 될 것이다. 팔찌, 임플란트 또는 하이테크 반창고는 신체 상태에 대한 분 단위 보고서를 제공할 수 있으며, 이를 컴퓨터에 다운로드하여 일상적인 상태와 그 이상을 볼 수 있다. 이 정도의 모니터링으로 예방적 건강 관리 또는 건강 유지의 큰 변화를 경험할 수 있다.

먼 미래의 일이 아니다. 개인 맞춤 의학을 가능하게 하는 많은 기술 중 일부는 벌써 개발되었으며, 멀지 않은 미래에 개인 맞춤 의학은 현실화될 것이다.