장내 미생물과 혈액 내 대사체 분석을 통해 CAR T-세포 치료의 효과와 부작용을 예측할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 

김석진·윤상은 삼성서울병원 혈액종양내과 교수팀과 강우림 강원대 교수팀은 CJ바이오사이언스와의 공동 연구를 통해 장내 미생물 중 박테로이데스 프라질리스(Bacteroides fragilis)와 이 균의 이노신(inosine)의 생합성 경로가 CAR T-세포 치료의 효과와 독성을 예측할 수 있는 핵심 바이오마커가 될 수 있음을 밝혀냈다.

그동안 장내 미생물과 면역치료 반응의 연관성 연구는 주로 서양인 환자 중심으로 진행됐는데, 이번 연구는 아시아인 환자에서 CAR T-세포 치료와의 연관성을 처음 확인했다는 점에서 의미가 있다.

연구팀은 삼성서울병원에서 CAR T-세포 치료를 받은 환자 47명을 대상으로 치료 전과 치료 1개월 후 대변 및 혈청 샘플을 수집해 전장유전체 메타게놈 분석을 실시하고, 대조군으로 건강한 사람(47명)과 새로 진단받은 환자(47명)를 각각 선정했다.

CAR T-세포 치료를 받은 재발·불응성 환자는 건강한 대조군 및 새로 진단받은 환자와 비교해 치료 반응군에서는 박테로이데스 프라질리스가, 무반응군에서는 페칼리박테리움 프라우스니치(Faecalibacterium prausnitzii)가 높게 나타나는 장내 미생물 불균형이 발견됐다고 한다.

박테로이데스 프라질리스가 치료반응과 가장 강한 연관성을 보였는데 이 균이 검출된 환자는 암이 진행되지 않는 기간이 유의하게 길었다고 연구팀은 설명했다. 이 같은 결과에 대해 연구팀은 박테로이데스 프라질리스가 만들어내는 이노신이 CAR T-세포의 항암 기능을 높였기 때문으로 풀이했다.

부작용 예측 가능성도 확인됐다. 부작용이 없었던 환자는 장에 아세테이트(acetate), 부티레이트(butyrate)와 같은 유익한 물질을 만드는 세균이 많았다. 반면 부작용이 있었던 환자는 이소발레레이트(isovalerate)와 같이 염증을 유발하는 물질을 만드는 세균이 많았다고 연구팀은 덧붙였다. 

연구팀은 이런 장내 미생물의 대사경로 분석결과를 활용해 치료반응 예측모델도 구축했다. 예측 정확도 88%(AUC 0.88)를 기록했다고 밝혔다. 

윤상은 교수는 “이번 연구는 장내 마이크로바이옴 분석을 통해 치료 효과와 독성을 예측할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “CAR T- 세포 치료 효과를 증대시키기 위한 장내 마이크로바이옴 기반 중재 전략 개발의 과학적 근거로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

삼성서울병원은 2021년 국내에서 가장 먼저 ‘CAR T-세포 치료센터’를 설립해 다학제 기반 진료 시스템을 가동 중이다. 치료를 시작한 지 4년 만인 2024년에 200례를 달성하며 암환자 치료에 앞장서고 있다.

이번 연구 결과는 미국혈액학회 공식 저널(Blood Advances, IF=7.4) 2025년 12월 9일자에 ‘Microbiome and metabolite biomarkers of CAR T-cell therapy outcomes in relapsed/refractory diffuse large B cell lymphoma’라는 논문으로 게재됐다.