3. 암세포는 왜 과산화수소 신호를 감당하지 못하는가

같은 활성산소인데, 왜 결과는 정반대일까

앞선 글에서 살펴본 것처럼, 운동 중 생성되는 과산화수소(hydrogen peroxide)는 정상 세포에서 미토콘드리아 적응을 유도하는 중요한 신호로 작동합니다. 이 신호는 항산화 효소 발현을 증가시키고, 대사 효율을 개선하며, 세포가 다음 자극에 더 잘 대응하도록 만듭니다.

그런데 흥미롭게도, 같은 과산화수소가 암세포에서는 생존 신호가 아니라 사멸 신호로 작용하는 경우가 많습니다. 이 차이는 활성산소의 종류나 존재 여부가 아니라, 세포가 이미 어떤 상태에 놓여 있는가에서 비롯됩니다.

암세포는 이미 한계 상태에 있다

암세포는 빠른 증식을 위해 대사를 극단적으로 재구성한 상태입니다. 많은 암세포는 에너지 생산과 생합성 물질 확보를 위해 해당과정에 강하게 의존합니다. 이 때문에 암세포는 종종 “미토콘드리아를 덜 사용하는 세포”로 오해받기도 합니다.

하지만 암세포의 실제 모습은 훨씬 복잡합니다. 암세포는 높은 대사 속도, 지속적으로 증가한 활성산소 수준, 그리고 항산화 시스템의 상시 가동이라는 부담을 동시에 안고 있습니다. 즉, 암세포는 정상 세포에 비해 산화 스트레스를 흡수할 수 있는 여유 공간이 거의 없는 상태라고 할 수 있습니다.

이 지점에서 많은 독자들이 한 가지 의문을 갖게 됩니다.

암세포는 해당과정에 의존한다면,
활성산소 문제는 오히려 줄어드는 것 아닌가?

해당과정을 쓰는데, 왜 활성산소가 중요한가

해당과정은 미토콘드리아 전자전달계를 사용하지 않기 때문에, 이 경로 자체에서는 활성산소가 거의 생성되지 않습니다. 이 점만 놓고 보면, 암세포와 활성산소의 연결은 직관적으로 이해되지 않을 수 있습니다.

그러나 암세포가 해당과정을 사용한다고 해서 미토콘드리아를 포기한 것은 아닙니다. 실제로 대부분의 암세포는 미토콘드리아를 유지하며, 해당과정에서 얻은 탄소를 TCA 회로와 다양한 생합성 경로로 연결합니다. 미토콘드리아는 여전히 대사 중간체 공급, NADH와 NADPH 균형, 철-황 클러스터 합성 등에서 필수적인 역할을 합니다.

중요한 점은 활성산소 생성이 에너지 생산량과 비례하지 않는다는 사실입니다. 활성산소는 전자 흐름의 안정성과 밀접하게 연관되어 있으며, 암세포의 미토콘드리아는 정상 세포에 비해 구조적으로 불안정한 경우가 많습니다. 그 결과 ATP 생산은 해당과정에서 주로 이루어지더라도, 활성산소는 미토콘드리아에서 지속적으로 발생할 수 있습니다.

더 나아가 암세포는 이 활성산소를 완전히 제거하지 않습니다. 일정 수준의 활성산소는 증식 신호와 전사 조절에 활용되기 때문입니다. 암세포는 에너지는 해당과정에서 확보하면서도, 활성산소 신호는 미토콘드리아에서 관리하는 방식으로 대사를 분리해 운영합니다.

이러한 구조는 암세포를 매우 불안정한 상태에 놓이게 합니다. 활성산소가 너무 적어도 증식 신호가 약해지고, 조금만 증가해도 항산화 시스템이 감당하지 못하는 상황이 발생합니다. 암세포가 산화 스트레스에 유독 취약한 이유는, 해당과정 의존이 활성산소를 회피하는 전략이 아니라 활성산소를 관리하려는 전략이기 때문입니다.

정상 세포의 과산화수소 신호는 ‘조절된 위험’이다

정상 세포에서 과산화수소는 제한된 범위에서 생성되고, 정밀하게 조절됩니다. 미토콘드리아에서 생성된 과산화수소는 신호로 사용된 뒤, 퍼옥시레독신(peroxiredoxin)이나 글루타치온 시스템을 통해 비교적 빠르게 제거됩니다.

이 과정은 일시적이며 가역적입니다. 신호가 끝나면 균형은 다시 회복됩니다. 정상 세포가 과산화수소를 “위험한 물질”이 아니라 “관리 가능한 신호”로 다룰 수 있는 이유는, 충분한 NADPH 공급과 대사 경로의 유연성, 그리고 손상 복구 능력을 유지하고 있기 때문입니다.

암세포에서는 같은 신호가 붕괴로 이어진다

암세포는 이미 항산화 시스템을 최대한 가동하고 있기 때문에, 추가적인 과산화수소 증가는 곧바로 대사 붕괴로 이어질 수 있습니다.

이 과정에서 흔히 관찰되는 변화는 다음과 같습니다.

글루타치온 고갈
NADPH 부족
단백질의 비가역적 산화
미토콘드리아 기능 저하

정상 세포라면 적응으로 전환될 신호가, 암세포에서는 손상으로 누적되는 이유가 여기에 있습니다. 산화형 비타민 C나 방사선, 일부 항암제가 암세포에 선택적으로 작용할 수 있는 배경 역시 이 취약한 균형 구조에서 이해할 수 있습니다.

종양유전자는 이 불안정한 균형을 어떻게 유지하는가

암세포는 이 위험한 상태를 단순히 “견디는” 데서 멈추지 않습니다. 종양유전자와 종양억제유전자는 세포의 산화환원 환경을 재구성함으로써, 이 불안정한 균형을 가능한 한 오래 유지하려 합니다.

KRAS는 미토콘드리아 대사와 해당과정을 재편하면서 NADPH 생성 경로를 강화해 산화 스트레스를 감당할 수 있는 환원력을 확보합니다. MYC는 미토콘드리아 생합성과 단백질 합성을 동시에 촉진하면서 활성산소 증가를 감수하고, 대신 항산화 시스템을 함께 끌어올립니다.

반대로 p53은 산화환원 조절의 균형추 역할을 합니다. 정상 상태에서는 세포를 보호하지만, 산화 스트레스가 일정 수준을 넘어서면 세포 사멸 경로로 전환합니다. p53 기능이 상실된 암세포는 이 전환 장치를 잃게 되며, 그 결과 산화 스트레스를 정밀하게 제어하지 못하는 상태에 놓이게 됩니다.

암세포는 활성산소를 제거하지 못해서 취약한 것이 아니라, 종양유전자를 통해 활성산소를 적극적으로 활용하다가 한계에 도달한 상태라고 볼 수 있습니다.

항산화 패러독스는 암에서 가장 극명해진다

이제 항산화 패러독스는 명확해집니다.

활성산소는 정상 세포에서는 적응 신호로 작동하지만
암세포에서는 생존 한계를 넘기는 스트레스로 전환됩니다

암세포는 활성산소에 의존하면서도, 동시에 활성산소에 가장 취약한 상태에 놓여 있습니다. 이 모순이 바로 암 치료에서 항산화가 반복적으로 논쟁의 대상이 되는 이유입니다.

정리하며

암세포는 해당과정에 의존하지만 미토콘드리아를 포기하지 않습니다
활성산소는 에너지 생산과 독립적으로 생성될 수 있습니다
암세포는 활성산소를 신호로 활용하지만, 허용 범위는 매우 좁습니다
이 취약성이 항산화 패러독스의 핵심입니다

암세포의 문제는 활성산소가 많다는 데 있지 않습니다.
그 균형을 더 이상 유연하게 조절할 수 없다는 데있습니다.

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