서론
분자유전기술의  발전에  따라 폐암의 진단과  치료 영역에  혁명적인 변화가 생기고 있다.  맞춤형 치료 등의 새로운 치료법이 도입됨에 따라 병리과 의사가  관리 분석해야 하는 정보는 폭발적으로 증가하고 있다.  폐암에서 적절한 유전자 및  분자검사를 시행하기 위해  필요한  국내 및 국제적인 지침이 마련되어 있다.   저자는 본론에서 폐암의  유전자 및 분자 진단의  목적과 현재 주로  이루어지고 있는  유전자 및 분자  진단의 대상 및 방법을 소개하고자 한다.

본론
전통적인 폐암의 병리학적  검사는 기관지경 생검,  침생검,  흉강경 생검,  수술적 절제를  통하여 얻은 조직이나 가래,  흉수,  기관지 세척액에서  검출한 세포를  대상으로 악성종양의  유무와 종양의  유형을 진단하는 것이다.   암 진단 및  치료기술이 발전함에  따라 병리의사의  역할도 확대되고  있다.   암환자의 치료에  있어서 병리의사는  환자의 생존기간을  예측하고(예후인자 검사 및 병기판정),  종양의 병리학적 특성(종양의 조직학적 유형과 종양관련 유전자 돌연변이 검사)에  따라 치료방법을  결정하며 치료효과를 예측할 수 있다.

현대 암 맞춤치료의  핵심적인 부분 중의 하나이다.  폐암은  조직형에 따라 크게 소세포폐암과 비소세포폐암으로 나눈다.  비소세포폐암은  전체 폐암의  80~90%를 차지한다.   예전에는 소세포암종과 비소세포암종의 구별만으로도  환자를 치료하는데  큰 문제가 없던  시절이 있었으나  최근에는  비소세포암종에서  선암과 편평상피세포암의  조직학적  유형에 따라  항암제가  달라지고 유전자 및  분자진단에서 나오는 유전자 변이의 종류에 따라 사용할 수 있는 표적치료제의  종류가 달라진다. 

이 밖에도  PD-L1의 발현정도와  염색에 사용하는 클론  종류에 따라  면역관문억제제의 사용여부와 종류도 결정된다.  그러므로 병리의사는  기관지경 생검이나  흉부 CT 유도 침생검과  같은 작은 조직에서조차 일반적인  조직검사뿐만 아니라  면역조직화학적염색이나  각종 분자유전학적 검사를  시행하여  환자의 조직학적  유형과 유전자 변이,  PD-L1 발현여부를 규명하려고 노력하고 있다.

폐암 표적 치료란  특정한 폐암 세포만 억제하는  치료로써 폐암 발병의  주요한 원인(Oncogenic driver)이 되는  폐암 세포의 돌연변이  유전자를 억제한다.  그러므로 표적치료제  개발 및  임상실험 단계에서 표적 치료가 가능한  환자를 선택하기  위한  검사법을 개발하게 된다.   만일 개발 중인  표적치료제가  FDA 또는  KFDA의 사용승인을  얻게 되면  임상시험 중 사용한  검사법도 동반진단(companion diagnosis)으로서  그 표적치료제를  사용할 수 있는 환자를 구분해  내는 공식적인 검사방법이 된다.

그러므로 표적치료제의 종류가 많아질수록 하나의  검체에서 수행해야 하는 유전자 및 분자진단이 많아지게 되고 비용뿐만 아니라  검사기간이  길어지게 되는 것을  피할 수 없다.  유전자 및 분자진단의 동반진단 방법도 표적치료제에  따라  RT-PCR FISH, NGS 등 다양하다.  그러므로 가장 큰 문제점은  폐암 제3기 또는 4기처럼 수술이  불가능한 환자의  경우 생검 조직과  같은  작은 조직으로 병리조직진단,  면역조직화학적염색, 유전자 및  분자진단 등을 모두 수행해야 한다는 것이다.

콜로라도 대학의  프레드 허쉬 교수는  현대적인 폐암의  맞춤치료에  있어  가장 큰 장벽  중의 하나가 이와 같은  다양한 검사를 수행하기에 충분하지  않은 작은 조직이라고  하였다(“Tissue is issue”).   폐암환자의 맞춤치료를  위하여 여러 가지 다양한  병리검사를  수행함에  있어 병리조직  또는  세포 검체의 부족이 민감한 문제로  대두하고 있다. 

폐암을 전공하는 병리과 의사의 중요한  임무 중 하나는  작은 조직을 잘 보전하여 환자의 치료에 정말 중요한 검사가  조직의 불충분함으로  시행되지 못하는  경우를  방지하는 것이다.  불충분한  작은  조직에 대한 대안으로  세포병리학적  검사에서 종양세포가  확인되는 흉수,  가래,  기관지세척액과  같은 체액에서 유전자 및  분자검사를  시행할 수 있다.  

아직 임상적 적용에 일부 제한점이 있지만 차세대 염기서열 분석기(Next Generation Sequencing, NGS) 와 같은 방법을  이용하여 필요한  여러 가지의 유전자  변이를 한 번의  실험으로 분석함으로써  조직의  손실과 검사 시간을  줄일 수 있다.   뿐만 아니라 조직검사가  쉽지 않은 환자에서 혈장을  채취하여 혈장 내에 존재하는  극미량의 종양 DNA를  분석하는 액상생검(Liquid Biopsy)을 이용할 수 있다.

진행성 폐암환자의  예후는 매우 불량하여  평균생존기간은 1년 정도이다.   이 중 상당수의  환자에서 표적형 Tyrosine kinase inhibitor(TKI) 약제를  투여할 수 있는 유전자 변이를  가지고 있다.  환자의 종양이  가지고 있는 유전자 변이의  종류에  따라 사용되는  표적치료제가  달라지므로 이러한  유전자를 찾기 위한 분자검사를 비소세포암종일  경우 반드시 시행해야 한다.

폐암 유전자 검사의  목적은 폐암의 주된  발병 원인 중 하나인  유전자 돌연변이를  찾는 것이다.   유전자 돌연변이의  유무와 종류에  따라 표적 치료 대상을  결정하거나  치료 반응을 예측하고,  약제 내성을  확인할 수 있다.   비소세포폐암으로  진단한 모든 종양을  대상으로 최소한 EGFR,  ALK,  ROS1 에 대한 유전자 활성화 돌연변이가  유무를  확인해야 한다.

이러한 유전자 돌연변이를 가지고 있는 환자에게는 해당 유전자의 표적치료제를  쓸 수 있다.  BRAF, MET, ERBB2(HER2),  RET는 임상실험이 진행 중이거나  FDA 승인이 완료된 표적치료제가 있기 때문에 유전자 검사의 대상으로 삼기에  충분하다.  KRAS는 해당 표적치료제는  KRAS 양성인 경우 다른 돌연변이를 동반할 가능성이 거의 없다는 점에서 임상적으로 의미가 있다.

그러나  BRAF,  MET,  ERBB2(HER2), RET발생빈도가  매우 희박하기 때문에  일상적으로 모든 폐암에서 유전자 변이 분석을  시행하는 것이  추천되지 않으며  EGFR,  ALK,  ROS1 등이 모두 음성인 경우에는 검사를 고려해 볼 수 있다.  KRAS도  EGFR,  ALK,  ROS1 등이  모두 음성인 경우이거나  표적치료를 시행할 것인지의 결정여부에만 시행할 수  있다. 

또한 BRAF,  MET,  ERBB2(HER2), RET,  KRAS 등은 폐암을  진단할 때마다  반드시 수행하여야 하는  검사는 아니지만  NGS 와 같은 동시에  여러 개의 유전자 변이를  분석할 수 있는 방법을  사용할 경우에는 포함시키는 것이 좋다. 

유전자 및  분자 검사는 주로 비소세포폐암 특히 폐선암에서 주로 이루어지게  되지만 다른 조직형의 폐암일지라도  임상적으로 발암성 유전자 변이(Oncogenic driver gene)를 가질 것이라고 추정되는 경우에는  주치의의  판단에 따라 시행할 수  있다.

폐암의 유전자 및  분자진단은 이전에  조직검사를  시행한 경우 진단이나 치료를  위해 채취한 생검조직이나 수술조직으로  파라핀조직(블록)을 제작하여  검사에 이용한다.  파라핀조직에서 DNA를 추출하는 기술이 많이 발전하여  최소한의  종양세포만으로도 EGFR과 같은 중요한 유전자의  PCR 분석을 수행하기에 충분하다. 다만 각 실험실에서  자체의  최소검출 한계(limit of detection)에 대한 기준을  가지고 있어야 한다.

기관지 세척액,  흉수 등 액상의  세포를 채취하여  검사하는 경우  진단 및 치료과정에서  기관지 세척 및 흉수 등에서  암세포가 확인되는 경우 이러한  액상의 검체에  암세포를 채취하여  표적치료 병리검사를 시행할 수 있다.  작은 생검 조직처럼  이전에 검사를  위해 파라핀블록을  모두 사용하여 남은 조직이 없으면 필요한 경우 조직검사를 다시 시행할 수 있다.

 치료과정 중 암이  진행하거나 재발하여  치료 방법을  바꿔야할 때도 조직검사를  다시  시행하여 유전자 및 분자진단 검사를  시행할 수 있다.   만약 표적치료제를 사용하다가 진행 또는 재발한 경우라면 표적치료제에 내성반응을  유발하는 2차적  유전자 돌연변이가  있는지 확인해야 한다.  이 중 EGFR T790M 돌연변이처럼 3세대  EGFR-TKI에  반응하는 유전자 돌연변이는 반드시 매우 민감한 방법을 이용하여  분석하여야 한다.

혈장을 이용한  액상 생검은 일반혈액검사 때와 동일한 방법으로 10cc의 혈액에서  혈액 내 미량의 종양 유전자를  수집하여 돌연변이 검사를 수행한다.  우리나라에서는  2018년부터 폐암환자의  혈장에서  채취한 액상생검으로  EGFR에 대한  돌연변이검사를  수행하는 것이 공식적으로  가능해졌으며 그 결과를 가지고  해당 표적치료제의  급여치료 할 수 있게 되었다.

 최근에는 액상생검의 대상으로 혈장 이외에도 소변, 침, 뇌척수액, 세침흡인세포검사 후 상층액(Fine needle aspiration supernatant),  호기응축물(exhaled breath condensate)등을 이용한 연구가 진행되고 있다.  EGFR 은 세포막에 있는 단백질 수용체이다.  EGFR 단백질  유전자 중 엑손18-21번에서 돌연변이가  나타나는데  19번 유전자 결손과  21번 L858R유전자 돌연변이가 전체  돌연변이의  90%를  차지한다.

한국을 포함한  아시아인의 경우 EGFR 돌연변이가  전체 폐암 환자의  약 40-50% 에서 발견된다.  EGFR 표적치료제 사용 중  진행하거나 재발한  경우 원인이  대부분 엑손 20번의  이차적으로  새로 발생한 T790M 돌연변이다.  T790M 돌연변이에 대한 3세대 표적치료제가 현재 사용 중이며 그러므로 1세대 또는 2세대 EGFR 표적치료제 사용 중 재발한 환자에서는  T790M 돌연변이를  확인하기 위해조직 또는 혈액을  이용하여 돌연변이 검사를  다시 시행해야 한다.

매우 민감도가  높은 분석법을  사용하더라도  소수의  암세포에서만  돌연변이가  발생한 경우 검사에서 위음성으로  나올 수도 있기 때문에  돌연변이 확인을  위해 검사를 반복하는 경우도 있다. EGFR 돌연변이 검사는 보편적으로 RT-PCR  검사가  시행되고 있으며,  디지털 PCR 이나 차세대 염기서열 검사법 (next generation sequencing,  NGS)과 같은 새로운 방법들로 검사를 시행할 수  있다.

ALK 유전자 돌연변이는 전체 폐암의 3-5% 에서 발견된다. ALK 돌연변이에는 여러 종류가 있으나 EML4-ALK 재배열 돌연변이가  주를 이룬다.   따라서  ALK 양성 판정을  위한 검사로 형광제 자리부합법 (Fluorescent in situ hybridization,  FISH)이  주로 쓰이며,  돌연변이 결과물인 단백질을 확인하는 ALK 면역조직화학염색법도 허가되어 있다.   ALK 양성 판정을  받게 되면  ALK 표적치료제를 사용할 수 있다.  

ROS1 유전자 돌연변이는 전체  폐암의  1-3% 에서  발견되며,   ROS1 표적치료제가  허가되어  있다.   ROS1 돌연변이는  형광제자리부합법을  통해  확인할 수 있으며  돌연변이  부분을 증폭시켜 확인하는 ROS1 실시간 중합효소법도 사용할 수 있다. ROS1에 대한 면역조직화학적염은 민감도는 높으나 특이도가 낮기 때문에 스크리닝 용도로만  사용한다.

새롭게 폐암에서 분자 진단의 대상으로 대두되고 있는 유전자로는 Mitogenactivated protein kinase 1 (MEK1/MAP2K1),  Fibroblast growth factor receptor 1-4 (FGFR 1-4), Neurotrophic tyrosine kinase receptor type 1–3 (NTRK1-3), Neuregulin 1 (NRG1),  Ras-like without CAAX 1 (RIT1),  Neurofibromin 1 (NF1), Posphatidylinositol-4,5- bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha (PIK3CA), AKT serine/threonine kinase 1 (AKT1), NRAS proto-oncogene, GTPase (NRAS), Mechanistic target of rapamycin (MTOR), Tuberous sclerosis 1 (TSC1), Tuberous sclerosis 2 (TSC2), KIT proto-oncogene receptor tyrosine kinase (KIT), Platelet-derived growth factor receptor alpha (PDGFRA), Discoidin domain receptor tyrosine kinase 2 (DDR2) 등이 알려지고 있다.

건강검진(screening)상 폐암을  조기진단할 목적으로 정상인의 혈장에서 이러한 활동성 유전자 변이의 검출을 시행하는 것은 아직까지  충분한 증거가 없으며 국소성 폐결절이 있는 환자에서 조직검사를 생략하고 폐암을 진단할 목적으로  활동성 유전자 변이의  검출을 시행하는 것도 아직 효용성을 입증할만한 증거가 충분하지 않아 추천되지 않고  있다. 

폐암으로 확진된 환자에서  유전자 및 분자 검사가  이루어질 수 없는  특별한 임상적 상황(조직검사를 시행하기 어려운  상황 또는  조직의 양이  불충분한 경우)에서는  제한적으로 액상생검을 이용한 유전자 및 분자 검사를 사용할 수 있다.  면역관문억제제 사용을  위해 종양세포에서  PD-L1 단백의 발현정도를 관찰하는 것이 현재 사용하고 있는 동반진단 방법이지만 검사의 민감도가 충분하지 않다. 따라서 새로운 동반진단 방법으로 종양 세포의 유전체에서  종양변이부담(Tumor mutation burden)을 측정하는 방법을 적용하려 하고 있다.

가까운 미래에는 급속도로 발전하는 유전자 및 분자 병리 진단 기술과 유전체에 대한 Bioinformatics가 결합하여 건강인을  대상으로 하는 조기진단  또는 건강증진사업의  일차  진료(primary care medicine) 영역으로 진출해서  일차 진료 병리학(primary care pathology) 분야가  신설될 수도 있고 유전자 검사가 마치 혈당 검사처럼 현장진단(point-of-care)으로  이루어 질 수도 있다.

 액상생검을 이용한 분자병리 검사의 일부는 현장진단으로 시행될 것이다. 예를 들어 갑상선 세침흡인 후BRAF 돌연변이를 시술하는 자리에서 바로 결과를  알 수 있을 것이다.