Address for correspondence : Jeon Yeob Jang, MD, PhD, Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Pusan National University Hospital, Pusan National University School of Medicine, 179 Gudeok-ro, Seo-gu, Busan 49241, Korea
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서론

림프절 전이는 악성종양의 중요한 예후인자 중 하나이며, 다양한 상피세포 기원의 암종 중에서도 두경부암은 림프절 전이가 예후에 미치는 영향이 가장 큰 종양 중 하나로 알려져 있다.1) 두경부암에서 경부 림프절 전이가 있을 경우에 재발률 및 원격전이 확률이 증가하며, 이는 전체 생존율의 저하를 초래한다.2,3,4)
과거 두경부암을 포함한 악성종양의 림프절 전이는 종양의 수동적인 배출의 결과로 이해되었으나, 최근의 분자생물학적인 지식의 발전으로 림프절 전이에 있어서 능동적인 생물학적인 역할이 서서히 밝혀지고 있다.5,6) 종양세포는 원발종양의 변연부에서 이미 존재하고 있던 또는 새롭게 생성된 림프관을 통하여 이동하며, 이후 집합관을 따라서 주변의 림프절로 이동하게 된다.7) 과거 악성종양에서 혈관의 역할 및 기전이 많은 관심을 받으며 연구되었고 혈관신생억제 약물이 임상에서 활발히 사용되고 있는 것에 비해서, 림프관은 상대적으로 연구가 많이 이루어지지 않았다. 이는 혈관에 비해서 림프관이 생물학적으로 중요성이 떨어진다고 여겨졌을 뿐만 아니라, 알려진 림프관 특이 표지자가 없어서 림프관 내피세포를 혈관 내피세포와 구분하기 힘들어 연구하기에 어려움이 있었기 때문이다. 하지만 1990년대 후반에 림프관에 선택적으로 작용하는 성장인자 및 그 수용체가 밝혀지고, 림프관 특이 표지자(LYVE-1, prox-1, podoplanin)가 발견되면서, 림프관 연구는 새로운 전기를 맞이하게 되었고 악성종양의 전이에 있어서 림프관의 역할도 서서히 밝혀지게 되었다.8)
악성종양의 림프절 전이는 크게 3가지 단계로 이루어지는데; 1) 원발종양의 림프관 신생(primary tumor lymphangiogenesis), 2) 림프절의 림프관 신생(lymph node lymphangiogenesis)과 전이를 위한 niche의 형성(pre-metastatic niche formation), 3) 파수꾼 림프절과 비파수꾼 림프절(sentinel and non-sentinel lymph node metastasis)로의 암세포의 생착 및 증식이다.9,10) 각각의 과정에서 종양세포와 림프관이 생물학적으로 상호작용하며 이는 주로 림프관 신생인자 및 케모카인에 의해서 소통된다.11) 악성종양의 림프절 전이의 기전은 췌장암 등 일부 암에서는 다른 기전 및 임상양상이 보고되지만, 그 외 대부분의 상피세포 기원의 암에서는 비슷한 기전을 보이고 있다.10,12) 유방암과 흑색종에서 가장 많은 연구가 진행되었으며 두경부암에서도 연구결과들이 보고되고 있다. 저자는 두경부암에서 림프절 전이를 일으키는 기전에 대해서 현재까지 보고된 문헌을 중심으로 종합적으로 고찰해보고자 한다.

원발종양에서의 림프관 신생(Primary Tumor Lymphangiogenesis)

악성종양의 림프절 전이는 원발종양의 중심부 또는 변연부에서 림프관 신생 및 리모델링 현상이 발생하면서 시작되게 된다. 종양의 중심부의 림프관은 기능이 많지 않은 것으로 알려져 있는데 이는 종양 내부의 높은 압력 때문이다.13) 반면에 종양의 변연부에 있는 림프관은 매우 기능적이어서 악성종양의 림프절 전이의 주요 통로로 알려져 있다.13) 두경부암에서도 초창기 연구에서 원발종양 내부의 림프관의 밀도가 높을수록 림프절 전이가 증가하고 생존율이 저하됨이 보고된 바 있다.14,15) 종합하였을 때, 논란은 있지만 원발종양의 변연부 또는 중심부의 림프관의 신생 및 리모델링은 두경부암의 림프절 전이 및 예후에 중요한 역할을 한다고 생각된다.
원발종양에서의 림프관 신생 및 리모델링 현상은 특이적인 성장인자 및 수용체의 상호작용에 의해 이루어지는데, 이 중 가장 강력한 성장인자는 vascular endothelial growth factor-C(VEGF-C), VEGF-D이며 그 수용체는 VEGF receptor 3(VEGFR3)이다.16,17) VEGF-C와 VEGF-D는 원발종양세포에서 분비가 되며, 종양관련 대식세포(tumor-associated macrophage)와 같은 기질세포(stromal cell)에서도 분비가 된다. 이와 같은 성장인자는 림프관 내피세포에서 발현하는 수용체인 VEGFR3에 직접적으로 작용하여 림프관 신생을 주도하게 된다. 두경부암에서도 환자의 원발종양 검체에서 VEGF-C, VEGFR3의 발현이 높을수록 림프절 전이 확률이 높고 재발률이 높음이 보고가 되었다.18) 혈관신생의 주요한 성장인자로 알려진 VEGF-A도 림프관 신생을 촉진하는 것으로 알려졌는데, 그 기전은 VEGFR1을 발현하는 대식세포와 상호작용하여 VEGF-C, D 분비를 촉진하는 등의 간접적인 효과뿐만 아니라, 논란의 여지는 있지만 VEGFR2를 통한 림프관 내피세포와의 직접적인 상호작용도 기여하는 것으로 생각된다.19) 그 외에도 다양한 성장인자의 발현이 림프관 신생 및 림프절 전이와 연관이 있음이 밝혀졌는데, 이는 fibroblast growth factor, platelet-derived growth factor-B, hepatocyte growth factor, insulin-like growth factor가 포함된다.20) 이와 같은 성장인자가 림프관 신생에 작용하는 기전은 림프관에 직접적으로 작용하는 것보다는 염증세포를 유입하거나 VEGF-C 발현을 촉진하는 등의 간접적인 작용기전일 것으로 생각되고 있다.20)
원발종양에서 림프절로의 이동통로인 집합관(collecting lymphatic duct)도 림프절 전이에 중요하게 작용함이 최근 보고되고 있다. 림프관의 구조는 크게 2가지로 나누어지는데, 점막 또는 피부 하에서 흡수를 주로 담당하는 림프관을 초기 림프관(initial lymphatic vessel)이라 하고, 초기 림프관으로부터 흡수된 물질을 림프절로 수송하는 역할을 담당하는 림프관을 집합관이라 한다.7) 집합관은 초기 림프관과는 다르게 평활근으로 둘러싸여 있어 물질 수송을 위한 수축 현상이 일어나며, 역류를 방지하기 위한 판막을 가지고 있다. 최근 VEGF-C, D 등의 림프관 신생인자는 원발종양에서의 초기 림프관의 신생뿐만 아니라 집합관의 확장을 유도해서, 림프액과 종양세포 및 면역세포의 이동을 촉진하는 데 기여함이 밝혀졌다.21,22,23)
이와 같이 원발종양에서 림프관을 통한 암세포의 이동을 위해 생물학적으로 성장인자 간의 상호작용이 중요하게 작용함을 알 수 있다. 원발종양과 면역세포가 VEGF-C, D, A 등의 성장인자를 분비하여 VEGFR3를 통해 림프관 내피세포의 증식 및 이동을 촉진시켜서 림프관 신생을 일으킨다. 또한 성장인자는 집합관의 확장을 유도하게 되고 이는 림프절로의 종양세포의 이동을 용이하게 한다(Fig. 1).

림프절에서의 림프관 신생 및 Niche의 형성(Lymph Node Lymphangiogenesis and Pre-Metastatic Niche Formation)

림프관 신생 현상은 원발종양뿐만 아니라 배액되는 림프절에서도 발생한다. 특히, 림프절의 림프관 신생은 종양세포의 전이가 발생하기 이전부터 진행되는 것으로 밝혀졌는데, 이러한 전이 이전의 림프절 림프관 신생은 원발종양으로부터 도착한 종양세포가 림프절에 생착하기에 유리한 환경(pre-metastatic niche)을 만들어 림프절 전이의 발생에 있어서 중요한 역할을 한다.24,25) 두경부암에서도 파수꾼 림프절을 면역염색한 연구에서 종양의 전이 이전에 림프절 내부의 림프관이 증가하며 이는 원발종양의 VEGF-C의 발현과 상관관계가 있음이 보고된 바 있다.26)
전이가 발생하기 전에 림프절의 림프관 신생이 발생하는 기전은 아직도 충분히 밝혀지지는 않았는데, 대표적인 가설은 원발종양에서 분비된 VEGF-C 등의 성장인자가 림프관을 통해 배액되는 림프절로 이동하여 림프절 내의 림프관 신생을 일으킨다는 것이다.19,27) 그 외에 원발종양으로부터 림프절로 이동한 대식세포, B 세포 등의 면역세포들도 성장인자를 분비하여 림프절 림프관 신생에 역할을 할 것으로 생각된다. 최근 원발종양에서 발생한 exosome이 림프절의 림프관 신생 및 niche의 형성에 역할을 할 것이라는 논문이 보고가 되었는데, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.28) 한편, 림프절 내의 수지상세포(dendritic cell) 또한 niche의 형성에 기여하는데, 이는 주로 prostagladin E2를 통하여 활성화된다고 알려졌다.29)
한편 활성화된 림프관 내피세포는 케모카인(chemokine)을 분비해서 종양세포가 림프관으로 이동하도록 유인하는데, 대표적으로 CCL19와 CCL21을 분비하여 이에 대한 수용체인 CCR7을 발현하는 종양세포가 림프관으로 이동하는 데 기여한다.30,31) CXCL21(stromal derived factor-1)도 림프관 내피세포에서 분비되는 것으로 알려졌으며, 이는 CXCR4를 발현하는 종양세포와 작용하여 종양의 증식될 수 있는 미세환경(microenvironment)을 만드는 데 기여한다.32,33) 두경부암 환자를 대상으로 한 연구에서 CXCR4의 발현은 29~100%로 보고되고 있으며, 이는 림프절 전이 및 생존율의 저하를 초래하는 것으로 보고되고 있다.33)
이와 같이 원발종양이 성장함에 따라 다양한 성장인자 및 염증세포들이 림프절의 림프관 신생현상을 주도하며, 이는 pre-metastatic niche의 형성을 통해 향후 종양세포가 림프절에 생착하여 전이가 형성되는 데 기여한다. 원발종양과 림프관 내피세포는 서로 밀접하게 상호작용하는데, 종양세포와 면역세포가 VEGF-C, D, A 등의 성장인자를 분비하여 림프관 신생을 일으키고, VEGFR3를 통해 활성화된 림프관 내피세포는 케모카인을 통해서 종양세포의 림프관 내로의 유입 및 생착을 유도한다(Fig. 1).

파수꾼 림프절과 비파수꾼 림프절 전이(Sentinel and Non-Sentinel Lymph Node Metastasis)

집합관을 통해 이동한 종양세포가 림프절에 처음으로 유입되는 부위는 파수꾼 림프절(원발종양으로부터 처음으로 배액되는 림프절) 내에서 피막밑동(subcapsular sinus)이라고 하는 림프관 내피세포로 이루어진 곳이다. 보통 피막밑의 림프관은 통로 간의 직경이 작아서 종양세포가 유입되는데, 장벽으로 작용하는 것으로 알려져 있으나, 파수꾼 림프절에서는 확장되어 있어서 종양세포가 유입 및 생착하는 데 유리한 환경이 만들어져 있다고 생각된다.34) 그리고 피막밑 림프관으로의 종양세포의 유입 및 생착에 케모카인이 중요하게 작용할 것으로 생각되는데, 최근 CCL1-CCR8의 상호작용이 보고된 바 있다.35) 초창기 유입된 종양세포는 림프절 내에서 극심한 저산소 상황을 맞이하게 되며 이 과정에서 종양세포가 적응하고 더 전이에 적합한 클론으로 선택되는 과정을 겪게 된다고 알려졌는데, 이에 대해서는 아직 충분한 연구가 이루어지지 않았다.36) 최근 두경부암의 원발종양과 림프절 전이 종양을 차세대 염기서열분석법을 통하여 비교한 연구가 있었는데, 그 결과 86%의 유전자 변이가 동일하였지만 ITPR3 등과 같은 새로운 유전자 변이가 전이 림프절에서 발견되었다.37) 림프절 내로의 종양세포의 생착이 성공하면 이후에는 종양세포로부터 분비되는 VEGF-C 등의 성장인자로 인해 림프관 신생이 더욱 진행하며 림프절 내에서의 종양의 성장이 시작된다.
파수꾼 림프절로의 전이가 일어난 이후에 비파수꾼 림프절로의 추가적인 전이가 일어나는 과정은 아직까지도 잘 밝혀지지 않았다. 최근 유방암 세포주를 통한 연구에서 흥미로운 연구결과가 발표되었는데, 파수꾼 림프절로의 전이가 발생하여 tumor bulk가 생성되고 난 이후에는 림프절 내에서 새로운 림프관 신생이 발생하게 되며 이를 통해 추가적인 다른 림프절로의 전이가 생성되게 된다는 것이다.38) 다른 연구에서는 VEGF-C를 억제하였을 경우 파수꾼 림프절로부터 시작된 비파수꾼 림프절로의 2차 전이가 억제되는 것이 보고되었다.39) 결론적으로 파수꾼 림프절에서 임상적으로 발견될 만한 전이가 형성되고 나면, 전이 림프절의 종양이 원발종양과 비슷한 역할을 수행하게 되며, 전이 림프절에서 새롭게 발생하는 림프관 신생을 통해 비파수꾼 림프절로의 2차 전이가 형성되는 것으로 생각된다.
비파수꾼 림프절로 전이가 일어나는 또 다른 기전도 제시되었는데, 그것은 파수꾼 림프절의 전이가 형성되고 나면 원발종양에서 비파수꾼 림프절로 새롭게 형성되는 우회(collateral) 림프관을 통하여 통로가 재형성(rerouting)된다는 것이다.40) 그 이유는 파수꾼 림프절에서 전이종양에 의해 림프액의 압력이 높아지기 때문으로 생각되는데, 최근 림프액의 압력에 의해 VEGFR3의 인산화 및 림프관 내피세포의 증식이 조절되는 것이 보고된 바 있다.41,42) 종합하였을 때, 파수꾼 림프절에서 형성된 전이 종양에 의해 림프액의 배액이 막히거나 줄어들게 되면 주위의 비파수꾼 림프절로 우회 림프관이 형성되어 림프액 및 종양세포가 이동하는 것으로 생각된다(Fig. 1). 이는 임상적으로 악성종양의 수술에 있어서 파수꾼 림프절 생검을 하였을 때, 위음성으로 나오는 경우의 한 원인으로 해석될 수도 있겠다.

림프절 전이와 원격 전이의 관계

림프절 전이가 원격 전이에 미치는 영향에 대해서는 매우 중요한 주제임에도 불구하고 아직 거의 밝혀진 바가 없다. 원격 전이가 발생하는 기전에 대해서 서로 다른 2가지 가설이 있는데, 첫 번째는 원격 전이는 림프관과 관계없이 원발종양에서 혈관을 통해서 일어나며(hematogenous model) 림프절 전이는 악성종양의 공격성을 반영할 뿐이라는 것이다.10) 이는 임상적으로 림프절 전이가 없는 두경부암 환자의 일부에서 원격 전이가 발생하며, 혈류에서 암세포(circulating tumor cell)가 발견된다는 점으로 뒷받침된다.43) 두 번째는 림프관을 통해서 림프절 전이가 발생한 이후에 전이된 종양을 통해서 혈류로 종양세포가 퍼지거나, 림프관에서 이어진 가슴관과 쇄골하정맥을 통해 혈류로 종양세포가 퍼진다는 것이다(lymphatic-dependent sequential model).10) 이는 원발종양에서 VEGF-C를 과발현시킬 경우 림프절 전이뿐만 아니라 원격 전이가 잘 일어난다는 연구결과로 일부 뒷받침된다.27) 최근 두경부암에서 원격 전이의 발생에 미치는 영향을 원발종양과 전이 림프절 종양에서 비교한 연구가 보고되었는데, 결과적으로 원격 전이는 원발종양보다는 림프절 전이 종양에 의해서 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.44)
종합하였을 때, 원격 전이는 원발종양으로부터 혈류를 통해서 일어나는 것과 림프절 전이를 통하는 것 두 가지 모두에 의해서 발생되는 것으로 생각된다.10) 림프전 전이는 수술적으로 치료 가능한 경우가 많으므로 향후 원격 전이의 기전을 밝히고 치료 방법을 개발하는 일이 중요하다고 생각된다. 향후 보다 확실한 연구를 위해서는 원발부위로부터 발생한 종양세포의 이동에 대해서 lineage tracing을 하는 연구가 도움이 될 것으로 생각된다.

임상적용 가능성

림프절 전이 과정에 있어서 림프관의 생물학적 조절 양상이 중요하게 작용함이 알려짐에 따라 이에 대한 임상적용의 가능성이 제시되고 있다. 종양의 림프관 신생에 가장 중요한 분자생물학적 경로인 VEGF-C-VEGFR3와 VEGF-D-VEGFR3를 억제하는 시도가 있는데, 이는 동물실험에서 림프관 신생 및 림프절 전이를 효과적으로 억제할 수 있음이 보고되었다.45,46) 이에 따라 VEGF-C에 대한 치료 항체(VGX-100) 및 VEGFR3에 대한 치료 항체(IMC-3C5)가 현재 임상시험 중이다.47) 하지만 이는 진행성 악성종양에 대한 1상 임상연구로, 아직 두경부암에 대한 치료제로서의 연구는 진행되고 있지 않다. 이러한 약제의 효과가 기존에 사용되고 있는 치료제만큼 우수할지는 의문이지만, 기존의 혈관신생억제 약물 또는 항암약물요법과 병행하는 등의 다양한 임상적용이 기대된다.
두 번째로 림프관에 대한 영상기법을 통하여 파수꾼 림프절의 미세환경 또는 미세전이를 조기진단하는 데 도움이 되고자 하는 시도가 있다. 대표적으로 림포신티그라피 등을 이용한 림프관 영상을 통해 파수꾼 림프절 영상 및 생검을 시행하여 림프절의 미세환경 및 조기전이를 진단하는 방법이 있다.48) 또한, 림프관 특이 면역항체를 이용하여 체내의 림프관을 영상화려는 시도가 있었는데(immune-positron emission tomography), 이를 통해 파수꾼 림프절의 림프관 신생 및 집합관의 확장 등을 시각화할 수 있음이 보고된 바 있다.49) 종양에서 배액되는 림프절의 미세환경의 변화를 초래하는 가장 중요한 원인 중의 하나가 림프관 신생이므로 이에 대한 영상기법의 개발 및 임상적용은 향후 종양의 조기진단 및 분류를 위해서 중요한 분야가 될 것으로 기대된다.
세 번째로 두경부암에 대한 수술 또는 방사선 치료 이후 발생한 림프부종(lymphedema)에 대한 연구도 향후 임상적용이 가능한 분야이다. 림프부종은 주로 유방암에서 액와 림프절 절제술로 인해 발생하는 것으로 알려졌으나, 최근 두경부암 치료 이후의 삶의 질에도 중요함이 보고되고 있다.50) 두경부암 수술 또는 방사선 치료 후 손상받은 림프관 배액 시스템이 재생(regeneration)되는 양상 및 생물학적 조절 기전을 밝히는 것도 향후 연구되어야 할 분야로 생각된다.

결론

두경부암에서의 림프절 전이는 원발종양으로부터 림프관을 통한 종양세포의 수동적인 배출과 함께, 종양세포와 림프관 내피세포의 상호작용을 통한 능동적인 생물학적 조절에 의해서 발생한다. 이는 원발종양의 림프관 신생, 전이를 위한 niche의 형성, 파수꾼과 비파수꾼 림프절 전이 과정으로 요약되며, 각각의 과정에서 성장인자 및 케모카인의 상호작용이 중요한 역할을 한다(Fig. 1). 향후 림프절 전이 과정을 보다 근본적으로 밝히며 이를 임상에 적용하려는 시도가 필요할 것으로 생각된다.

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