Edits to a cholesterol gene could stop the biggest killer on earth

콜레스테롤 유전자 편집이 인간을 심장마비 위협에서 구해줄까

뉴질랜드에서 한 환자가 콜레스테롤 수치를 낮추기 위한 유전자 편집 시술을 받았다. 이 기술이 광범위하게 활용된다면 인류는 여러 치명적 질병의 위협에서 벗어날 수 있을지도 모른다.

뉴질랜드에서 한 자원자가 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추기 위한 DNA 편집 시술을 받았다. 인간을 대상으로 최초로 이루어진 이번 실험은 유전자 편집 기술을 광범위하게 활용하여 심장마비까지 예방할 수 있게 되는 미래를 예고하는 첫 단계일지도 모른다.

미국의 바이오테크 회사 버브 테라퓨틱스(Verve Therapeutics, 이하 ‘버브’)가 진행하는 임상시험의 일환으로 수행된 이번 실험은 유전자 편집 도구 크리스퍼(CRISPR) 중 한 가지 버전을 주입하여 환자의 간세포 안에 있는 DNA의 문자 하나를 수정하는 방식을 사용한다.

버브는 그러한 미세한 편집이 사람의 ‘나쁜’ LDL 콜레스테롤(시간이 지나면서 동맥 폐색과 경화를 초래하는 지방 분자) 수치를 영구적으로 낮추기에 충분할 것이라고 예측했다.

뉴질랜드에서 진행된 이번 시험에 참여한 환자는 콜레스테롤 수치가 극도로 높아질 유전적 위험성을 가진 심장병 환자다. 버브는 같은 기술을 나중에는 수백만 명의 사람들에게 사용하여 심혈관 질환을 예방할 수 있게 되리라고 전망한다.

3년 전 버브를 설립한 유전자 연구원이자 버브의 CEO인 세카르 카티레산(Sekar Kathiresan)은 “이번 실험이 효과가 있고 안전한 것으로 드러나면 바로 이 방법이 심장마비를 치료할 해답이 될 것”이라고 주장했다.

과학자들이 세포 내 DNA에서 원하는 부분을 편집하는 기술인 크리스퍼를 개발한 지 10년이 지났지만, 지금까지는 유전자 편집 기술이 겸상 적혈구 빈혈(sickle-cell anemia) 같은 희소병을 앓고 있는 사람에게 시도되거나 탐구적인 임상시험의 일부로만 시도되었다.

Sek Kathiresan, the CEO of Verve
버브의 CEO 세카르 카티레산은 심장병 전문의이자 유전자학 연구원이다.
VERVE 제공

버브의 실험이 효과가 있는 것으로 드러나면, 이는 유전자 편집 기술을 일반적인 질병 예방에까지 광범위하게 사용할 수 있다고 알리는 신호가 될 수 있을 것이다. 세계 인구의 상당수가 지나치게 높은 LDL 수치를 보이고 있지만 많은 사람들은 이를 통제할 수 없다. 그 결과 세계적으로 다른 원인보다도 동맥경화성 심혈관 질환으로 사망하는 사람 수가 점점 늘어나고 있다.

스크립스 연구소(Scripps Research)의 심장병 전문의의자 연구원인 에릭 토폴(Eric Topol)은 “버브에서 진행 중인 다양한 유전자 편집 실험 중에서 이번 실험이 가져올 효과가 가장 클 것”이라며 “혜택을 받을 수 있는 사람이 매우 많기 때문”이라고 말했다.

일부 의사들은 LDL을 적극적으로 줄이고 평생 낮은 수치를 유지할 수 있으면 사람들이 심혈관 질환으로 사망하는 것을 근본적으로 예방할 수 있다고 생각한다. 이는 버브의 고문이자 보스턴 브리검 여성 병원(Brigham & Women’s Hospital)의 의사 유진 브라운발트(Eugene Braunwald)의 견해이기도 하다.

그는 “LDL은 낮을수록 좋다”며 “문제는 LDL을 그렇게 낮출 수 있는 방법을 찾아내는 것”이라고 말했다.

콜레스테롤 수치를 낮추려는 노력

콜레스테롤 수치를 낮추는 데는 계란, 고기, 심지어 올리브유까지 피하는 엄격한 식단이 도움이 될 수 있다. 그러나 그런 식단을 지킬 수 있는 사람은 거의 없다. 식단을 지키는 것이 불가능하면 미국에서 가장 널리 처방되는 약인 스타틴(statin)을 써야 한다. 이 약은 LDL을 절반으로 낮춰준다. 그러나 일부는 부작용을 감당할 수 없으며 어떤 사람들은 하루에 한 번 약을 먹는 것도 어렵다고 느낀다.

일부 바이오테크 신약들은 한 달에 두 번, 또는 일 년에 두 번만 주사해도 LDL 수치를 낮춰준다. 이러한 약의 효과는 상당히 강력하다. 브라운발트는 최근에 이러한 신약을 매년 맞는 독감 백신처럼 대중들에게 널리 투약하면 어떤 일이 벌어질지 예측했다. 그는 “내 계산에 따르면 이 약을 30세에 맞기 시작할 경우 100세까지 관상동맥 질환 없이 살 수 있을 것”이라고 말했다.

그러나 그러한 신약들은 아직 널리 사용되지 않고 있다. 약은 여전히 비싸고 불편하며 보험사들도 비용을 지불하기 꺼린다. 브라운발트는 “따라서 한 번 만에 끝낼 수 있다는 것은 유전자 편집 시술의 장점”이라고 말하며 “이는 대단한 일이다. 동맥경화성 질환은 산업화된 세계에서 가장 흔한 사망 원인이고 LDL이 해당 질환의 주요 원인이기 때문”이라고 설명했다.

버브의 임상시험이 진행되고 있는 뉴질랜드에서 의사들은 이 유전자 치료를 가족성 고콜레스테롤혈증(familial hypercholesterolemia) 또는 FH라고 불리는 유전성 질환을 가진 40명에게 제공할 것이다. FH를 가진 사람들은 어린이일 때도 평균의 두 배에 달하는 콜레스테롤 수치를 보인다. 이들은 종종 어린 나이에 심장마비를 겪고 나서야 자신들에게 문제가 있다는 것을 깨닫는다.

이 연구는 또한 2016년에 처음 개발된 크리스퍼의 새 방식인 유전자 염기교정(base editing)을 활용했다. 유전자를 잘라내는 기존의 크리스퍼 기술과 달리 유전자 염기교정은 DNA의 문자 하나를 다른 것으로 대체한다.

버브가 편집하고 있는 유전자는 PCSK9이라고 불린다. 이 유전자는 체내에서 LDL 수치를 유지하는 데 큰 역할을 한다. 버브는 유전자 편집을 이용해 DNA 문자 하나를 바꿔서 해당 유전자를 비활성화시킬 것이라고 말했다.

버브를 시작하기 전에 카티레산은 매사추세츠주 케임브리지에 있는 브로드연구소(Broad Institute)에서 유전학자로 일하며 심장병의 유전적 원인을 찾고 있었다. 그는 자신의 형제 센틸(Senthil)이 갑자기 심장마비로 사망한 후에 버브를 설립했다. 그는 유전자 염기교정이 그런 비극을 막을 방법이 될 것이라고 생각했다.

버브의 염기교정 기술이 빠르게 발전하고 있는 한 가지 이유는 해당 기술이 코로나19 mRNA 백신과 상당히 유사하기 때문이다. 백신처럼 이 치료법은 모든 것을 세포 안으로 운반하는 나노입자에 싸인 유전명령으로 구성된다.

코로나19 백신은 세포에 사스코로나바이러스2(SARS-CoV-2)의 구성요소를 만들도록 지시하지만, 버브의 치료법에 사용되는 나노입자는 세포에 RNA 명령을 전달해서 염기교정 단백질을 조립하고 세포가 만든 PCSK9 복사본을 수정해서 작은 실수가 일어나게 한다.

원숭이를 대상으로 한 실험에서 버브는 치료법이 나쁜 콜레스테롤 수치를 60%까지 낮춘다는 것을 발견했다. 효과는 동물에서 1년 이상 유지됐고 영구적으로 유지될 수도 있다.

위험성 있으나 장점이 더 많아

사람을 대상으로 하는 실험은 몇 가지 위험을 수반할 수 있다. 나노입자는 다소 독성이 있으며 PCSK9을 줄이기 위해 다른 약물을 복용하는 사람들에게는 근육통 같은 부작용이 보고됐다. 게다가 일반적인 약물에 의한 치료는 문제가 발생하면 중단할 수 있지만 유전자 편집은 한번 실행되고 나면 취소하기 어렵다.

지금까지 시중에 나와 있는 몇 안 되는 유전자 치료법은 모두 수십만 달러에서 심지어 200만 달러까지도 비용이 든다. 그러나 버브의 치료법은 특히 널리 사용될 경우에 훨씬 저렴해질 것이다. 다른 유전자 치료법들은 유전자를 운반하기 위해 특별하게 준비된 바이러스를 사용하지만, 버브의 치료법에서 사용하는 나노입자는 화학 공정을 통해 만들어지므로 규모를 키우기에 훨씬 실용적이기 때문이다.

버브를 공동 설립한 펜실베이니아대학교 유전자 편집 전문가 키란 무수누루(Kiran Musunuru)는 “팬데믹이 발생하고 백신이 긴급하게 필요해지면서 대규모 제조가 가능해졌다”며 “유전자 치료법에 대해서도 대규모 제조가 가능하므로 그러면 가격이 낮아질 것”이라고 밝혔다.

무수누루는 유전자 편집 한 번으로 치료가 완료되지 않는 상황을 대비하여 또는 다른 콜레스테롤 유전자를 제거하여 LDL에 대한 효과를 강화하기 위하여 ‘부스터샷’까지 생각하는 사람들도 있다고 말했다.

버브의 설립자들에게는 세계의 주요 사망 원인이 유전자 편집 기술로 해결할 수 있는 첫 번째 문제라는 점이 행운이다. LDL을 낮추려고 스타틴을 복용하는 카티레산은 콜레스테롤에 대한 유전자 편집이 생명을 연장하는 치료법이 될 가능성이 있다고 생각한다고 밝혔다.

그는 “세계 1위 사망 원인은 심장마비”라며 “심장마비를 피할 약을 사람들에게 제공할 수 있다면 사람들은 더 오래 살 수 있을 것”이라고 기대했다.

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