T-세포 억제와 내피 재구성. 본 총설은 ROS-miRNA-엑소좀 축이 저산소 및 염증성 조건 하에서 면역세포와 기질(스트로마) 세포 집단 간의 상호소통을 어떻게 조율하는지 체계적으로 탐구한다. 엑소좀 분비를 조절하는 데 있어 NADPH 산화효소, 저산소 유도 인자, 자가포식 관련 기전의 역할에 특히 중점을 둔다. 또한 우리는 커큐민, 레스베라트롤, 진세노사이드와 같은 천연물 및 한방 화합물이 ROS 수준, miRNA 발현, 엑소좀 역학을 조절하는 데 유망한 역량을 보였다는 점에서 치료적 관련성을 분석한다. 더 나아가, 중간엽줄기세포 유래 엑소좀, 페로프토시스 조절, miRNA 기반 면역 조절을 포함하는 전략을 통해 이 축을 암 치료에 활용할 임상적 잠재력을 논의한다. 공간 전사체학(spatial transcriptomics)과 단일세포 분석(single-cell analysis)에서 얻은 통찰을 통합함으로써, 본 총설은 엑소좀 중심의 환원-산화(레독스) 조절 치료제 개발을 위한 기전적 토대를 제공한다. 궁극적으로 본 연구는 한방 의학과 레독스 생물학을 암과의 싸움에 통합하는 것을 목표로, 향후 연구와 약물 발견 노력을 안내하고자 한다.

철사멸사(ferroptosis)는 철 의존성과 지질 과산화(lipid peroxidation)에 특징을 갖는 새로운 유형의 조절된 세포사멸로, 신경계 질환, 심혈관 질환, 급성 신부전, 그리고 여러 종류의 암을 포함하는 광범위한 임상 상태에 연루되어 왔다. 따라서 암의 진행과 증식을 억제하는 것이 매우 중요하다. 철사멸사는 erastin, Ras-selective lethal small molecule-3 또는 임상 약물과 같은 합성 물질에 의해 암세포와 일부 정상세포에서 유발될 수 있다. 천연 생리활성 화합물은 전통적인 약물 탐색 도구이며, 일부는 여러 악성종양에 대하여 식이 보충제 또는 제약제로서 치료 목적으로 사용되어 왔다. 천연물은 다중 표적을 가지면서 부작용이 최소화된다는 사실은 항암 연구에서 주목할 만한 진전을 이끌어 왔다. 연구에 따르면 철사멸사는 암 치료 과정에서 천연 화합물에 의해서도 유도될 수 있음이 시사되어 왔다. 본 종설에서는 새롭게 부상하는 분자 과정(emerging molecular processes)에서의 최신 발전과 암에서의 철사멸사의 중요성에 초점을 맞추었다. 또한 향후 철사멸사 관련 항암 약물의 개발에 대한 새로운 관점을 제공하기 위해, ROS 생성과 ferritinophagy 유도를 통해 다양한 악성종양에서 철사멸사를 촉발하는 데 있어 천연 식물화학물질의 함의에 대한 요약도 함께 제시한다.

천연 자원에서 추출된 화학물질에 대한 연구는 매년 발생하는 막대한 암 사망 수와 더불어 이 질환이 사회에 부과하는 재정적 부담이 크기 때문에 장려되어야 한다. 거의 모든 암의 원인에는 생활양식, 환경 요인, 그리고 유전적 및 유전성 요인의 복합이 관여한다. 현대 의학 연구자들은 의학적 응용을 위한 새로운 생리활성 화합물의 잠재력을 지닌 전통적 식물화학물질에 대해 점점 더 큰 관심을 보이고 있다. 최근의 출판물들은 전통 한의학의 핵심 구성요소인 식물화학물질의 항종양 특성을 뒷받침하는 근거를 제시함으로써 현대 의학에서의 활용을 위한 새로운 길을 열었다. 다양한 연구는 암의 형성과 조절에 관여하는 두 가지 핵심 기전인 apoptosis(세포자멸사)와 autophagy(자가포식) 사이에 강한 상관관계가 있음을 보여주었으며, 이는 이들 사이의 다양한 형태의 상호작용(crosstalk)을 시사한다. 식물화학물질은 세포자멸사를 촉진하는 경로(pro-apoptotic)와 자가포식을 촉진하는 경로(pro-autophagic) 모두를 활성화할 수 있다. 따라서 식물화학물질이 세포자멸사와 자가포식의 관계에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하는 것은 이러한 분자 기전을 표적으로 하는 새로운 암 치료 전략을 개발하는 데에 중요하다. 본 총설은 조절 역할을 통해 통제되지 않은 종양 세포의 성장에 기여하는 세포자멸사-자가포식 상호작용의 조절에 초점을 두고, 항암 효과가 입증된 자연 식물화학물질을 탐색하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 총설은 현재의 연구 방법론이 지닌 한계와 도전과제를 조명하는 한편, 이 분야에서의 향후 연구를 위한 잠재적 방향을 제시한다.

β-글루칸은 진균 및 효모 세포벽에서 유래하는 복합 다당류로서, Dectin-1 및 Complement receptor 3 (CR-3)과 같은 수용체와의 상호작용을 통해 면역 반응 조절에 핵심적인 역할을 한다. 본 리뷰는 β-글루칸이 수용체 매개 신호전달 경로를 활성화하는 분자적 기전을 심층적으로 분석하며, 특히 LC3-associated phagocytosis (LAP) 및 자가포식(autophagy) 경로에 초점을 맞춘다. 따라서 β-글루칸 수용체 결합이 NADPH oxidase 2 (NOX-2)를 자극하여, 전형적 자가포식 및 LAP 모두에 필수적인 유의미한 수준의 활성산소종(ROS)을 세포 내에서 생성하도록 하는 과정을 탐구한다. 글루칸에 의해 유도되는 하위 신호전달에 대한 규명이 상당 부분 진전되었음에도 불구하고, LAP 유도 과정에서의 식세포-리소좀(phago-lysosomal) 성숙 및 항원 제시에 대한 조절 기전은 여전히 충분히 탐구되지 않았다. 본 리뷰는 이러한 경로들과 β-글루칸에 의한 그 조절에 대해 포괄적으로 개관하고자 한다. 현재까지의 지식을 통합함으로써, 특히 약물 내성 균주에 대응하기 위해 β-글루칸이 숙주 지향 보조요법(host-directed adjuvant therapies)으로 활용될 수 있는 결핵(TB) 관리의 맥락에서, 이러한 기전이 치료적 응용에 어떻게 활용될 수 있는지를 부각시키고자 한다. 이 분야에서의 주요한 발전에도 불구하고, 현재에도 여전히 핵심 연구 공백이 존재하는데, 여기에는 β-글루칸 수용체와 NOX-2 간의 상세한 분자적 상호작용 및 이러한 발견을 in-vivo 모델과 임상 연구로 전환하는 일이 포함된다. 본 리뷰는 결핵뿐 아니라 암, 심혈관 질환, 대사 장애와 같은 다른 질환에서 β-글루칸의 치료 잠재력을 탐색하기 위해 추가 연구가 필요함을 강조한다.

T-세포 억제와 내피 재구성. 본 총설은 ROS-miRNA-엑소좀 축이 저산소 및 염증성 조건 하에서 면역세포와 기질(스트로마) 세포 집단 간의 상호소통을 어떻게 조율하는지 체계적으로 탐구한다. 엑소좀 분비를 조절하는 데 있어 NADPH 산화효소, 저산소 유도 인자, 자가포식 관련 기전의 역할에 특히 중점을 둔다. 또한 우리는 커큐민, 레스베라트롤, 진세노사이드와 같은 천연물 및 한방 화합물이 ROS 수준, miRNA 발현, 엑소좀 역학을 조절하는 데 유망한 역량을 보였다는 점에서 치료적 관련성을 분석한다. 더 나아가, 중간엽줄기세포 유래 엑소좀, 페로프토시스 조절, miRNA 기반 면역 조절을 포함하는 전략을 통해 이 축을 암 치료에 활용할 임상적 잠재력을 논의한다. 공간 전사체학(spatial transcriptomics)과 단일세포 분석(single-cell analysis)에서 얻은 통찰을 통합함으로써, 본 총설은 엑소좀 중심의 환원-산화(레독스) 조절 치료제 개발을 위한 기전적 토대를 제공한다. 궁극적으로 본 연구는 한방 의학과 레독스 생물학을 암과의 싸움에 통합하는 것을 목표로, 향후 연구와 약물 발견 노력을 안내하고자 한다.

철사멸사(ferroptosis)는 철 의존성과 지질 과산화(lipid peroxidation)에 특징을 갖는 새로운 유형의 조절된 세포사멸로, 신경계 질환, 심혈관 질환, 급성 신부전, 그리고 여러 종류의 암을 포함하는 광범위한 임상 상태에 연루되어 왔다. 따라서 암의 진행과 증식을 억제하는 것이 매우 중요하다. 철사멸사는 erastin, Ras-selective lethal small molecule-3 또는 임상 약물과 같은 합성 물질에 의해 암세포와 일부 정상세포에서 유발될 수 있다. 천연 생리활성 화합물은 전통적인 약물 탐색 도구이며, 일부는 여러 악성종양에 대하여 식이 보충제 또는 제약제로서 치료 목적으로 사용되어 왔다. 천연물은 다중 표적을 가지면서 부작용이 최소화된다는 사실은 항암 연구에서 주목할 만한 진전을 이끌어 왔다. 연구에 따르면 철사멸사는 암 치료 과정에서 천연 화합물에 의해서도 유도될 수 있음이 시사되어 왔다. 본 종설에서는 새롭게 부상하는 분자 과정(emerging molecular processes)에서의 최신 발전과 암에서의 철사멸사의 중요성에 초점을 맞추었다. 또한 향후 철사멸사 관련 항암 약물의 개발에 대한 새로운 관점을 제공하기 위해, ROS 생성과 ferritinophagy 유도를 통해 다양한 악성종양에서 철사멸사를 촉발하는 데 있어 천연 식물화학물질의 함의에 대한 요약도 함께 제시한다.

천연 자원에서 추출된 화학물질에 대한 연구는 매년 발생하는 막대한 암 사망 수와 더불어 이 질환이 사회에 부과하는 재정적 부담이 크기 때문에 장려되어야 한다. 거의 모든 암의 원인에는 생활양식, 환경 요인, 그리고 유전적 및 유전성 요인의 복합이 관여한다. 현대 의학 연구자들은 의학적 응용을 위한 새로운 생리활성 화합물의 잠재력을 지닌 전통적 식물화학물질에 대해 점점 더 큰 관심을 보이고 있다. 최근의 출판물들은 전통 한의학의 핵심 구성요소인 식물화학물질의 항종양 특성을 뒷받침하는 근거를 제시함으로써 현대 의학에서의 활용을 위한 새로운 길을 열었다. 다양한 연구는 암의 형성과 조절에 관여하는 두 가지 핵심 기전인 apoptosis(세포자멸사)와 autophagy(자가포식) 사이에 강한 상관관계가 있음을 보여주었으며, 이는 이들 사이의 다양한 형태의 상호작용(crosstalk)을 시사한다. 식물화학물질은 세포자멸사를 촉진하는 경로(pro-apoptotic)와 자가포식을 촉진하는 경로(pro-autophagic) 모두를 활성화할 수 있다. 따라서 식물화학물질이 세포자멸사와 자가포식의 관계에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하는 것은 이러한 분자 기전을 표적으로 하는 새로운 암 치료 전략을 개발하는 데에 중요하다. 본 총설은 조절 역할을 통해 통제되지 않은 종양 세포의 성장에 기여하는 세포자멸사-자가포식 상호작용의 조절에 초점을 두고, 항암 효과가 입증된 자연 식물화학물질을 탐색하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 총설은 현재의 연구 방법론이 지닌 한계와 도전과제를 조명하는 한편, 이 분야에서의 향후 연구를 위한 잠재적 방향을 제시한다.

β-글루칸은 진균 및 효모 세포벽에서 유래하는 복합 다당류로서, Dectin-1 및 Complement receptor 3 (CR-3)과 같은 수용체와의 상호작용을 통해 면역 반응 조절에 핵심적인 역할을 한다. 본 리뷰는 β-글루칸이 수용체 매개 신호전달 경로를 활성화하는 분자적 기전을 심층적으로 분석하며, 특히 LC3-associated phagocytosis (LAP) 및 자가포식(autophagy) 경로에 초점을 맞춘다. 따라서 β-글루칸 수용체 결합이 NADPH oxidase 2 (NOX-2)를 자극하여, 전형적 자가포식 및 LAP 모두에 필수적인 유의미한 수준의 활성산소종(ROS)을 세포 내에서 생성하도록 하는 과정을 탐구한다. 글루칸에 의해 유도되는 하위 신호전달에 대한 규명이 상당 부분 진전되었음에도 불구하고, LAP 유도 과정에서의 식세포-리소좀(phago-lysosomal) 성숙 및 항원 제시에 대한 조절 기전은 여전히 충분히 탐구되지 않았다. 본 리뷰는 이러한 경로들과 β-글루칸에 의한 그 조절에 대해 포괄적으로 개관하고자 한다. 현재까지의 지식을 통합함으로써, 특히 약물 내성 균주에 대응하기 위해 β-글루칸이 숙주 지향 보조요법(host-directed adjuvant therapies)으로 활용될 수 있는 결핵(TB) 관리의 맥락에서, 이러한 기전이 치료적 응용에 어떻게 활용될 수 있는지를 부각시키고자 한다. 이 분야에서의 주요한 발전에도 불구하고, 현재에도 여전히 핵심 연구 공백이 존재하는데, 여기에는 β-글루칸 수용체와 NOX-2 간의 상세한 분자적 상호작용 및 이러한 발견을 in-vivo 모델과 임상 연구로 전환하는 일이 포함된다. 본 리뷰는 결핵뿐 아니라 암, 심혈관 질환, 대사 장애와 같은 다른 질환에서 β-글루칸의 치료 잠재력을 탐색하기 위해 추가 연구가 필요함을 강조한다.

호흡기 질환은 가장 흔하고 중대한 건강 합병증이며 전 세계적으로 사망의 주요 원인이다. 진단과 치료 분야에서의 획기적인 발전에도 불구하고, 안전하고 효과적인 치료제는 보고된 바가 많지 않다. 식물화학물질은 유익한 효과와 낮은 독성으로 인해 주목받고 있다. 폴리페놀은 분자량이 큰 2차 대사산물로서 과일, 채소, 곡물, 감귤 씨앗과 같은 천연 식품 공급원에 고농도로 존재한다. 최근 수십 년 동안 폴리페놀과 그것이 인체 건강에 미치는 유익한 효과는 집중적인 연구의 대상이 되었으며, 주요 만성 비감염성 질환의 예방과 관련하여 주목할 만한 성과가 보고되어 왔다. 많은 호흡기 증후군은 급성 폐 손상, 폐 섬유화, 천식, 폐고혈압, 폐암을 포함하여 폴리페놀 보충제를 통해 효과적으로 치료될 수 있다. 본 종설은 충분한 실험 데이터가 뒷받침하는 호흡기 질환에서 폴리페놀의 역할을 요약하고, 각 질환에 대해 유익한 효과를 보이는 폴리페놀을 부각하며, 치료 가능성이 있는 폴리페놀과 그 근거 메커니즘을 규명한다. 또한 이 분야에서의 임상 연구 및 향후 연구 기회에 대해 논의한다.

암은 전 세계에서 사망 원인의 주요 원인 중 하나로 남아 있으며, 공중보건 분야에서 심각한 도전 과제를 계속 제기하고 있다. 많은 현재 치료법의 제한된 성공은 종종 독성, 낮은 선택성, 그리고 약물 내성의 발달에 기인하므로, 새로운 한층 효과적인 치료 옵션의 필요성이 강조된다. 식물화학물질(Phytochemicals)은 항암제의 유용한 공급원으로 부상해 왔으며, 풍부한 구조적 다양성과 광범위한 생물학적 활성 범위를 제공한다. 그러나 천연물의 방대한 화학적 공간에서 유망한 화합물을 식별하는 일은, 보통 느리고 비용이 많이 들며 비효율적인 기존의 선별 방법으로는 여전히 어렵다. 최근 몇 년간 인공지능(AI)은 식물화학물질 기반 약물 발견을 변화시키기 시작했다. 현재 기계학습 및 딥러닝 접근법은 대사체 식별, 가상 선별(virtual screening), 표적 예측(target prediction), 독성 평가(toxicity assessment) 등 발견 과정의 핵심 단계들을 지원하는 데 활용되고 있다. 화학적, 생물학적, 그리고 다중오믹스(multi-omics) 데이터를 통합함으로써, AI는 천연물 다양성을 보다 체계적이고 데이터 기반으로 탐색할 수 있게 한다. 이러한 진전에도 불구하고, 특히 고품질 실험 데이터의 부족, 식물화학물질의 구조적 복잡성, 그리고 공개 데이터베이스에서의 제한된 대표성이라는 점에서 어려움은 지속되고 있다. 본 리뷰는 식물화학물질 기반 항암제 발견에서의 현행 AI 적용을 비판적으로 검토하고, 이러한 한계를 극복하기 위한 대두되는 전략들을 논의한다. 전반적으로, AI 주도형 식물화학물질 선별은 차세대 암 치료법의 개발을 가속하는 유망한 경로를 제시한다.

활성산소종(ROS)은 전통적으로 산화 스트레스를 통해 조직 손상을 유발하는 대사의 병리학적 부산물로 여겨져 왔다. 그러나 대사성 질환, 심혈관계 질환, 신경퇴행성 질환, 암을 포함한 만성 질환 전반에 걸쳐 축적되는 증거는 ROS가 또한 세포의 적응과 생존에 필수적인, 엄격하게 조절된 신호전달 분자 역할을 한다는 점을 시사한다. 산화 스트레스에서 레독스(redox) 신호전달로의 이러한 패러다임 전환은 레독스 불균형이 만성 질환의 병인에 어떻게 기여하는지에 대한 근본적인 재평가를 요구한다. 본 종설에서는 만성 질환이 과도한 산화 손상의 단순한 결과가 아니라, 부적응적 레독스 항상성의 장애로 이해되어야 한다고 제안한다. 우리는 산화 스트레스와 레독스 신호전달 간의 구분을 명확히 하고, 만성 레독스의 재구성이 KEAP1-NRF2, FOXO, HIFs, NF-κB를 포함한 핵심 레독스 감수성 전사 조절 노드들의 조율된 조절을 통해 병적 세포 상태를 어떻게 안정화하는지를 강조한다. 암을 대표 모델로 사용하여, 완충된 형태로 상승한 ROS 수준이 레독스 중독을 통해 종양유발 신호전달, 대사 재배선, 치료 저항성을 어떻게 지지하는지 설명한다. 또한 비특이적 항산화 전략이 대체로 실패한 이유를 논의하고, 효과적인 개입은 전역적 ROS 억제가 아니라 맥락 의존적인 레독스 조절을 필요로 한다고 주장한다. 마지막으로 치료적 레독스 재프로그래밍을 소개하고, 바이오마커 기반의 분류와 질병 단계 특이적 표적화 전략에 근거한 정밀 레독스 의학을 위한 향후 방향을 제시한다.

폐암은 전 세계적으로 암 관련 사망의 주요 원인으로 지속되고 있으며, 비소세포폐암이 대부분의 사례를 차지하는 가운데 치료 저항성 및 전이 진행과 관련된 지속적인 난제가 나타나고 있다. 축적되는 근거는 조절이 깨진 G 단백질 결합 수용체 신호전달과 이온 채널 활성의 이상 조절이 종양세포의 증식, 이동, 생존 및 치료 반응을 조절하는 ‘주요(master) 조절자’로서 상호 협력적으로 기능한다는 점을 시사한다. 델타-9-테트라하이드로칸나비놀과 칸나비디올 같은 식물성 칸나비노이드뿐 아니라, 내인성 엔도칸나비노이드를 포함하는 칸나비노이드는 G 단백질 결합 수용체와 이온 채널 모두를 조절할 수 있는 독특한 위치에 있으며, 그 결과 주요 종양발생 신호 네트워크에 영향을 미친다. 본 리뷰는 일시적 수용체 전위(transient receptor potential) 채널, 칼륨 채널, 나트륨 채널을 포함한 주요 이온 채널 계열과, 폐암 진행에 관여하는 주요 G 단백질 결합 수용체 경로에 관한 현재의 지식을 종합한다. 또한 칸나비노이드가 표준적(canonic) 칸나비노이드 수용체를 통해, G 단백질 결합 수용체 55 및 아데노신 수용체와 같은 비전형적 표적을 통해, 그리고 이온 채널 활성을 직접 조절함으로써 이러한 상호 연결된 신호 전달 시스템을 어떻게 재프로그래밍하는지 논의한다. 막 미세영역(membrane microdomains)에서의 G 단백질 결합 수용체-이온 채널 결합에 특히 주의를 기울이며, 칸나비노이드가 편향 리간드(biased ligands)로 작용하여 인산지질3-인산화효소-단백질 키나제 B-기계적 표적(PI3K-protein kinase B-mechanistic target of rapamycin) 및 표피성장인자 수용체 신호전달과 같은 하위 경로를 세포사멸 및 전이 잠재력 감소 방향으로 전환시킬 수 있는 능력도 함께 다룬다. 또한 칸나비노이드 기반 병용요법, 선택적 수용체 편향, 표적 전달 시스템 등과 같은 대두되는 전략들에 대해서도 강조한다. 종합하면, 칸나비노이드가 유도하는 G 단백질 결합 수용체 및 이온 채널 신호전달의 재배선(rewiring)은 폐암에 맞선 혁신적 치료 접근법을 개발하기 위한 유망한 기전적(framework) 기반을 제공한다.

전 세계적으로 매년 수백만 건의 새로운 암 발생과 사망은, 표준적인 2차원(2D) 배양과 동물 시스템을 넘어서는 예측 가능한 전임상 모델의 긴급한 필요성을 보여준다. 최근 3차원(3D) 오르가노이드 기술의 발전은 환자 특이적 미니-장기 모델을 생성하기 위한 강력한 플랫폼을 제공하였으며, 이는 유전적, 표현형적, 구조적 수준에서 원발성 종양을 충실히 재현한다. 오르가노이드는 Wnt, Notch, Hippo를 포함한 핵심 줄기세포 신호전달 경로를 보존함으로써 기능적 충실성을 유지하여, 질병 모델링과 고처리량 약물 스크리닝을 위한 견고한 플랫폼이 된다. 본 리뷰는 환자 유래 오르가노이드(Patient-derived organoids, PDOs)부터 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC) 유래 오르가노이드에 이르기까지, 개인화 치료를 위한 질병 특이적 ‘아바타’로서 활용되는 대표적인 오르가노이드 시스템을 기술한다. 임상 연구에서는 90% 이상의 예측 정확도가 보고되어, 기능 정밀의학에서 오르가노이드의 관련성을 뒷받침하는 근거를 제공한다. 약물 발견뿐 아니라, 재생 종양학에서 오르가노이드의 확장된 활용은 CSC(암줄기세포)를 선택적으로 표적화하고 세포독성 치료 이후 조직 수리를 향상시킴으로써 독특한 조절 기전을 제공할 수 있다. 오르가노이드-온-어-칩 플랫폼, 3D 바이오프린팅 및 인공지능(AI)의 최근 발전은 혈관화, 면역계 통합, 확장성에 관한 핵심 과제를 해결한다. 표준화된 GMP(우수제조관리기준) 준수 플랫폼과 FDA Modernization Act 2.0과 같은 최근의 규제 이니셔티브의 도입에 따라, 오르가노이드는 차세대 암 연구와 치료를 지원할 수 있는 위치에 잘 자리 잡고 있다. 본 리뷰는 줄기세포 유래 오르가노이드(stem cell-derived organoids, SCDOs)와 관련하여, 전임상 암 모델링을 위한 완전 인간화 플랫폼을 제공하고 그 임상적 적용을 연결하며, 향상된 예측 및 전달(translational) 능력을 바탕으로 윤리적으로 안내되는 개인화 암 치료를 발전시킬 잠재력을 논의하는 것을 목표로 한다.