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화학물질

수백 가지의 화학물질이 실험동물에서 암을 유발하며, 이중 어떤 것은 인간에게서도 암을 유발한다.

특정 화학물질에 오래 노출되면 암이 발생하지만, 인간의 암 발생률에 이러한 노출이 어느 정도 기여하는지를 결정하는 것은 어렵다. 이러한 어려움은 여러 가지 요인에 기인한다. 첫째, 화학물질에 노출된 후 암이 발생하는 데까지의 시간이 일반적으로 길어서 20~30년이 된다는 점이며, 둘째, 노출되는 화학물질의 종류가 매우 다양하고 복잡해서 발암원을 결정하기가 어렵고, 발암화 과정인 암의 유도 및 발전 과정이 다양한 요인과 단계를 거친다는 점이다(화합물).

실험동물에 대한 실험으로부터 암유발 화학물질의 대부분이 그 원래 형태로는 암을 유발할 수 없다는 것이 입증되었다.

화학적 발암원은 숙주에게는 독성의 이물질이다. 그래서 일단 체내로 들어가면 숙주의 조직에서 변형이 되어 독성 물질이 수용성 물질로 바뀐다. 이러한 변형은 이물질을 해독하여 배설에 의해 몸 밖으로 배출하려는 숙주의 시도이다(물질대사). 이물질을 해독하는 능력은 인간을 포함한 생물체의 적응능력으로서 다양한 범위의 환경하에서 생존하도록 해준다. 그러나 대부분의 경우 이러한 방어 메커니즘도 완전무결하지 않아서, 해독과정중 변형 전의 물질보다 더 독성이 강하며 반응력이 좋은 화학물질이 생기기도 한다.

이 경우 숙주는 세포에 상처를 입히거나 암을 유발시킬 수도 있는 보다 독성이 강한 물질로 변형된다. 반응력이 매우 높은 이러한 화학물질은 숙주의 세포 내에 존재하는 주요 고분자물질들과 결합하여, 그들을 변형시킨다. 이때 유전물질인 디옥시리보핵산(DNA)이 변형되면 제어할 수 없는 성장을 수반하고, 세포는 형질전환을 겪어 결국 암의 발생에 이르게 된다(독성, 독물학, 돌연변이).

DNA가 변형될 때 암을 일으킬 수 있는 가능성이 가장 높다.

이것은 곧 형질전환된 성질이 그 다음 세대의 세포로 계속 이어지는 유전적 변화를 의미하기 때문이다. 그러나 세포의 성장을 제어하는 비유전물질의 변형 또한 암의 발생에 관여한다고 알려져 있다. DNA의 변형은 발암현상의 첫번째 단계이다. 2번째 단계는 유전적으로 변형된 세포가 성장능력을 잃어버리는 기간이다. 변형된 세포는 이 기간 동안 아직 악성을 나타내지는 않으나 지방 같은 영양 성분이나 숙주가 분비하는 호르몬 같은 물질을 포함한 여러 가지 요소의 영향을 받는다.

이 기간은 길고 조작이 가능하므로, 현재 암 연구의 주요한 연구 초점이 되고 있다. 화학물질에 의해 유전적으로 일부 세포가 변형되었으나, 아직 암이 발현되지 않고 암을 유발할 위험률이 높은 사람은 잠재해 있는 암이 발현되지 못하도록 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 항산화제와 비타민 A 같은 화학물질이 특히 유망하다.

암이 현대사회에서 매우 흔한 질병임에도 불구하고 동물실험 결과는 암유발물질에 노출된 후 실제 암이 발생하는 빈도는 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.

그 이유는 2가지로 생각해 볼 수 있다. 첫째, 어떤 유전적 변이는 세포를 죽이기 때문에 암이 생기지 못하게 되며, 둘째, 더 중요한 이유는 세포 자체가 손상된 DNA를 잘라내고 동일한 DNA 조각을 새로 합성할 수 있는 능력(자체적 치료능력)에 기인한다. 만약 손상 전과 똑같은 DNA 조각을 합성한다면, 세포에 어떤 나쁜 영향도 생기지 않을 것이다. 그러나 손상된 부위가 수선되기 전에 DNA 복제가 일어난다면, 변형된 DNA가 전사되어서 변형 부위가 증폭된다.

이러한 세포가 분열을 하면 유전적 결함은 2개의 딸세포로 이어진다. DNA 회복 합성과정은 모든 세포에 존재하며, 매우 효율적이어서 정확하고 신속하게 손상된 DNA를 수선한다.

직업과 관련된 화학물질

1775년 퍼시벌 포트는 굴뚝 청소부들에게 음낭암이 자주 발생한다는 사실을 보고함으로써 암의 발생과 환경에 존재하는 물질의 연관성을 처음으로 시사했다.

포트는 이것이 음낭세포를 굴뚝 먼지에 오랫동안 노출시킨 결과일 것이라고 주장했다. 그후 특정직업과 관련된 암발생의 많은 예가 보고되었다.

암을 유발하는 수많은 화학물질들이 다양한 산업분야에서 알려져 왔다. 피치·타르·크레오소트 같은 콜타르에 존재하는 다중고리구조의 탄화수소 및 그 유도체, 석탄·혈암·갈탄·석유 등의 연소 및 증류 산물 등이 이에 속한다.

이러한 산업에 오랫동안 종사한 노동자들에게서 피부암이 계속 발견되었고, 코크스로(爐) 제조와 정련과정 중 노동자들이 들이마신 연기가 폐암과 깊은 관련이 있음이 알려졌다. 콜타르의 증류 산물인 벤젠은 조혈세포에 악영향을 미치며, 이는 백혈병을 유발하는 발암원으로 생각되고 있다. 또한 다양한 금속이 구리광산 광부와 니켈·코발트광 제련업자들의 폐와 다른 부위에서 암을 유발시킨다고 생각된다.

아닐린 염색제조에서 널리 쓰인 β나프틸라민은 방광에서 암을 유발한다.

석면은 폐와 장막에 암을 유발하는 것으로 알려지고 있다. 석면섬유가 함유된 물질을 장기간 다루는 노동자들은 보통사람의 10배 정도의 폐암 발생률을 보인다. 석면에의 노출을 감소시키려는 노력이 산업계에서 계속되고 있지만, 여전히 석면 먼지가 석면 노동자들에게서 암과 석면침착증을 유발시키는 것으로 보인다.

환경에 존재하는 화학물질과 공해

대기·호소(湖沼)·바다·강 등과 같은 환경은 사회활동을 반영한다.

환경 공해는 생활폐수, 산업 및 자연적으로 생성되는 많은 물질들을 포함한다. 이중 가장 큰 대기오염은 연간 수백만t에 달하는 산업·자동차 공해로부터 담배연기에 이른다. 담배연기는 실험동물에서 암을 일으키며 인간의 폐암과 관련된 듯한 많은 성분을 포함한다. 뿐만 아니라 담배연기는 구강암을 유발하며, 또한 정도는 덜하지만 식도·췌장·담낭·방광 등에도 암을 유발시킨다. 또한 공존할 경우에 발암물질의 효과를 증대시키는 보존발암물질을 포함한다(흡연).

환경에 유입되는 다염화탄화수소와 제충제등은 발암물질의 위험을 가중시킨다.

이것은 일단 체내에 흡수되면 체지방에 저장되어 대사와 배출이 매우 느리게 진행된다는 점에 비추어볼 때 환경에서 이들의 제거는 매우 중요하다. 환경오염의 효과는 먹이사슬에 의한 생체 내의 축적과 영향을 묘사함으로써 가장 잘 예시할 수 있다. 예를 들면 매우 느리게 분해되고 지방에 잘 녹으며 널리 사용되는 제충제이다. 땅에 뿌려진 제충제는 비에 씻겨, 강과 바다로 흘러들어가서 미생물에 의해 흡수된다.

이들은 먹이사슬에 의하여 점점 더 큰 생물의 먹이가 되는데, 먹이사슬에서 단계가 진행될수록 동물 체내에 점점 더 높은 농도로 축적된다. 그래서 먹이사슬의 마지막인 사람에 이르러서는 상당한 농도의 합성물이 축적되어, 건강에 해를 끼칠 수 있다. 제충제인 DDT의 예를 들 수 있는데, 이것은 1970년대초 이미 사용이 금지되었으나 아직도 환경과 사람의 몸에 상당량이 존재한다. 식품첨가제는 관심을 가져야 할 또다른 화학물질이다. 일반적으로 식품첨가제가 암을 유발한다는 점에 대해서는 논란의 여지가 많고, 식품의 부패방지를 위한 식품첨가제는 실제로 실험동물에서 암유발을 억제한다.

그러나 현재 관심의 초점이 되고 있는 첨가제는 아질산나트륨이다. 이는 가공 처리된 육류에 많이 사용되는데, 위(胃)에서 아질산염이 고기가 분해될 때 생기는 아민과 반응하여 매우 위력적인 발암원인 니트로소아민을 형성한다.

앞서 열거한 것보다 더 큰 문제를 안고 있는 것은 자연에 존재하는 발암원이다.

예를 들어 콩이나 밀 등 다양한 음식을 오염시키는 아스페르길루스 플라부스라는 곰팡이에 의해 만들어지는 아플라톡신 등이다. 아프리카의 특정 지역에서 볼 수 있는 간암의 높은 발생빈도는 아플라톡신에 오염된 음식의 섭취와 관련이 있는 것으로 나타났다.

방사선

의학에 X선과 라듐을 응용했던 선구적 의사들이 피부암에 걸렸다는 보고와 함께 20세기초에 방사선의 발암효과가 분명해졌다.

직업 환경에서의 방사선

시계의 다이얼에 야광물질을 바르는 여직공들의 경우 라듐을 체내로 오랜 기간 동안 흡수하게 되므로 골육종이 발생하는 확률이 높으며, 우라늄 광산의 광부들은 방사선을 내는 라돈 가스를 흡입하여 폐암의 발생빈도가 매우 높다.

환경에 존재하는 방사선

지구상에는 자연에 3가지 방사선 제공처가 있다.

즉 광석에 존재하는 방사능 물질, 태양과 우주에서 오는 자외선 및 우주선(宇宙線)이다. 방사능물질과 자외선의 발암능력은 거의 확실시되고 있으나, 아직 우주선의 효과에 대해서는 확실하지 않다. 자외선은 인간의 피부암을 일으키는 주원인이다. 그래서 농부·항해사처럼 햇빛을 오래 쬐는 사람에게서 발생률이 높다. 가장 효과적인 자외선 차단 작용은 피부색소인 멜라닌에 의해 생기므로, 멜라닌 색소를 많이 가진 흑인은 이러한 암화 효과에 더 저항성이 강하다.

그러나 자외선은 피부의 색소화된 세포뿐만 아니라, 색소를 만들어내는 세포 자체에도 암을 유발한다(피부병). 환경에는 또한 해로운 인공적 전리방사선이 존재한다. 이러한 것으로는 의학적 진단 및 치료에 쓰이는 X선과 방사선, 화학물질 및 원자로에 사용되는 방사성 원소, 핵반응장치의 시험에서 생기는 방사성낙진 등이다.

바이러스

수많은 바이러스는 물고기를 포함한 거의 모든 척추동물에서 암을 유발하는 것으로 알려지고 있다.

인간의 암을 유발하는 요인이 바이러스라는 증거는 오랫동안 강하게 제시되어왔지만, 상황적 증거일 뿐이었다. 그러나 현재 버키트림프종, T세포백혈병 등은 거의 바이러스에 의해 유발되는 것이 확실하다고 밝혀졌다(암유발 바이러스).

암유발 바이러스는 그들이 갖고 있는 핵산에 따라 분류된다.

이러한 바이러스는 몇 가지 특성을 공유하는데, 표적세포의 형질전환을 일으켜 적절한 숙주로 이식되었을 때 자율적 생장, 국부침입, 원격부위 전이 등을 나타내며, 또한 숙주의 DNA에 바이러스의 유전물질을 삽입한다. DNA 종양바이러스의 경우에는 바이러스의 유전자가 직접 삽입된다. 반면 RNA 바이러스는 우선 DNA로 전사, 즉 역전사된 후 삽입된다. 더욱이 RNA 종양바이러스는 흔히 그들이 형질전환시킨 세포에 의해 복제되는 반면 DNA 종양바이러스는 그렇지 않다.

종양바이러스는 매우 복잡하여 그 원인과 효과를 살펴보는 것이 매우 어렵다. 다음 바이러스들은 인간에게 암을 유발하는 것으로 의심되고 있다.헤르페스바이러스는 인간에게서 발생하는 2종류의 암과 밀접한 관련을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다. 동부와 중앙 아프리카의 아동들에게서 처음 발견된, 림프조직의 악성 종양인 버키트림프종과 중국 남부지방에서 높은 빈도로 발생하는 비강 후부의 편평상피세포암인 비인두암에서 발견되었는데, 이들 2종류의 암세포에서 세포 배양한 세포 조직에서는 헤르페스 종류의 DNA 바이러스, 즉 엡스타인 바 바이러스(Epstein-Barr virus/EB virus)가 동정되었다.

2가지 중 어느 암세포를 가진 환자든지 EB 바이러스에 대한 항체를 높은 수준으로 갖고 있는 것으로 보아, 이들이 EB 바이러스에 감염되어 몸에 면역반응이 나타난 것으로 추정된다. 세포배양중에 있는 인간의 혈액 림프구는 EB 바이러스에 의해 형질이 전환될 수 있다. 또한 EB 바이러스는 목화머리타마린과 올빼미원숭이에게서 암을 유발한다.

또한 EB 바이러스는 북아메리카에서 잘 알려진 전염성단핵세포증의 원인으로 여겨진다. 그러나 전염성단핵세포증이 버키트림프종이나 비인두암으로 진행되지는 않는다. 아직까지 어떤 경우에는 EB 바이러스 감염이 자연치유되고, 또다른 경우에는 여러 암을 유발하는지 알려지지 않고 있다. 유전적 요인이 악성 종양의 유발에 매우 중요할 것이라는 증거들이 제시되고 있다. 2번째의 암유발 헤르페스바이러스는 단순포진 바이러스 2형(HSV-2)이다.

흔히 입가의 발진을 일으키는 바이러스와 근연인 바이러스이다. 자궁목(자궁경부)의 편평상피세포의 역학은 성적 접촉과정에 의해 전염되는 물질에 의해 일어날 수 있는 가능성을 보여주고 있다. 자궁목에 바이러스가 감염된 여성은 자궁경부암으로 진행되기 쉽고, 자궁경부암을 가진 여성은 많은 양의 HSV-2 항체를 갖고 있다.

성적 접촉에 의하여 전이될 수 있는 다른 바이러스로는 사이토메갈로바이러스(CMV)와 유두종바이러스를 들 수 있다. 이 2종류의 바이러스는 배양중인 세포의 형질을 전환시킬 수 있다.

바이러스를 인간의 암발생 원인으로 여기는 것은 주로 정황적 증거에 의해서였다.

그러나 흉선에서 유래된 림프종백혈병에서의 증거는 매우 인상적이다. 일본의 최남단에 위치한 섬과 카리브 해 연안 사람들에게서 나타나는 이 종양은 감염 때문인 것으로 나타나고 있다. 더욱이 T세포백혈병 환자에게서, 기존에 알려진 동물의 어떤 RNA 종양바이러스와 어떤 유연관계도 없는 인간의 T세포백혈병바이러스(HTLV)가 발견되고, 그들의 종양세포에서 이것을 분리해낼 수 있다. 배양중인 정상적인 혈액 T림프구에 대한 HTLV의 감염은 세포의 제어되지 않는 성장을 유발한다.

간암의 발병률이 높은 집단에는 B형간염 바이러스(HBV) 감염이 만연되어 있다.

이러한 사실로부터 바이러스가 간암의 원인이라는 결론에 이르게 되었다. 그러나 앞에서 언급한 바와 같이 암은 많은 발병 요소를 포함하는 질병이며, 간암이 대표적 본보기이다. HBV 감염은 간세포의 성장을 촉진하며, 이는 세포를 발암물질에 민감하게 만든다. 간암 발병률이 높은 집단은 또한 여러 가지 발암물질을 포함한 수많은 해로운 물질에 노출된 상태이기 때문에 HBV가 간암 유발인자로 작용하는지의 여부를 밝히기 위해 바이러스와 여러 발암물질의 상호작용을 정확히 규정하기는 어렵다.

그래서 HBV의 발암물질로서의 가능성만을 고려해야 한다. 그러나 HBV는 간세포의 발암원에 대한 민감도를 높여, 결국 종양으로 발전될 가능성을 높이는 것으로 예상된다.

암유전자

유전학과 분자생물학의 진척은 세포가 어떻게 악성 종양으로 형질전환을 하게 되는지를 명확하게 밝혀주었다.

앞서 기술한 대로 RNA 종양바이러스는 세포 내에서 역전사시킨 자신의 DNA를 숙주의 DNA 속으로 삽입한다. 인간을 포함한 다양한 척추동물 세포에는 그들 유전자내에 이렇게 삽입된 DNA를 가지고 있다. 다양한 종에서 그러한 유전자가 보존되는 것으로 보아 그들이 세포에 매우 중요한 역할, 즉 성장을 조절하는 기능을 하지 않을까 추측할 수 있다. 이러한 유전자가 거의 모든 종에 존재하며, 정상적인 세포에서는 발현되지 않는다는 사실은 암을 유발하는 유전자들이 적당한 자극이 있을 때만 발현되어 정상적인 세포를 악성화시킨다는 암유전자 가설에 이르게 한다.

암유전자들이 버키트림프종과 다른 여러 암세포의 8번 염색체에서 발견되었다. 사람 암세포의 DNA를 정상적인 세포에 주입하면 정상세포가 형질전환되어 암세포처럼 행동한다. 암유전자의 활성이 화학구조의 미세한 변화로부터 기인한다는 사실이 알려지고 있다. 이러한 사실들은 잠복하고 있는 암유전자가 DNA를 변형하여 궁극적으로 암을 일으키는 화학물질·방사선·바이러스 등에 의해 활성화됨을 시사한다.

암유전자는 이러한 다양한 물질들을 통해서 생기는 일반적인 공통분모라고 생각된다.

유전적 요인

비록 어떤 가계에서는 특별한 암 발병률이 기대치보다 높게 나타나기도 하지만 일반적으로 암은 유전되지 않는다.

그러나 아동기에 발생하는 암은 특정 가계에서 자주 발생하기도 한다. 백혈병이 일란성쌍생아의 한쪽에서 발병했을 때, 다른 한쪽도 발병할 확률은 약 15％이다. 이란성쌍생아일 경우에는 확률이 1％ 이하이다. 유방암·자궁암·전립선암·위암·직장암·폐암 등의 경우에는 유전적 효과가 강한 것은 아니지만, 가족 단위의 발병률이 높은 경향이 발견되었다(가계질환). 아마 이러한 경향은 비슷한 환경에 노출되거나 또는 환경 및 유전적 복합 요인에 기인할 것이다.

영국·덴마크·미국 등지의 통계에 의하면 유방암 발생의 경우 일반적인 집단보다 암을 가진 친척이 있을 경우 발병률이 2~3배 정도 높다고 보고되고 있다.

망막모세포증이라 불리는 드문 안구암은 한 우성 유전자의 유전에 의해 아동기에 발생한다. 부신암인 갈색세포종과 갑상선수질암은 한 가족 내에서 흔히 일어나며, 2개의 암이 동시에 또는 단독으로 발생하곤 한다.

갈색세포종을 가진 사람은 부갑상선암을 비롯한 드문 종류의 암 발병확률이 높다. 색소건피증은 자외선에 대한 비정상적인 민감도를 유발하는 질환으로서 거의 항상 피부암을 일으킨다. 이 환자들이 자외선에 대해 갖는 민감도는 자외선 상해를 회복하는 유전자의 돌연변이를 가진 탓이다. 각 세포에 여분의 염색체를 가진 다운증후군의 어린이는 다른 어린이보다 백혈병을 일으킬 확률이 훨씬 높다.

모든 형태의 혈세포수가 비정상적으로 적고, 골수가 완전히 발생되지 않은 판코니빈혈증 환자와 염색체 절단이 많이 일어나는 다른 증후군 환자들도 백혈병 발병 확률이 높다. 만성골수성백혈병의 경우, 골수와 말초 백혈구에서 볼 수 있는 비정상적인 짧은 염색체인 필라델피아염색체가 이 병의 유전적 표시이다.

유전적 변이가 암발생에 관계하고 있다는 증거들이 점점 증가하고 있다. 더불어 이런 변이는 유전되거나 혹은 유도되며, DNA상의 아주 작은 변화(점돌연변이)일 수도있고, 염색체의 재배열(염색체돌연변이)일 수도 있다.

외상과 감염

지속적인 외상과 자극 또한 암유발 요인으로 알려지고 있다.

잘 낫지 않는 외상과 자궁경부암이 그 예이다. 각 경우 상처가 치유되는 과정은 세포의 부분적 증식을 수반한다. 이러한 세포들은 발암요인에 매우 민감하다. 그러나 외상 자체가 암을 일으키는 자극이 된다는 개념을 뒷받침할 만한 어떤 과학적 근거는 없다.