발암 물질: 발암 물질이란 무엇이며 어떤 것들이 있나요?

종양의 발생은 발암 요인과 신체의 상호작용의 결과입니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 암의 80~90%는 환경 요인과 관련이 있습니다. 발암 물질은 평생 동안 인체에 지속적으로 영향을 미칩니다.

종양을 유발하는 특정 인자에 대한 개념은 전문 병리학 분야에서 처음 제기되었습니다. 이 개념은 점진적으로 발전하며 상당한 발전을 거쳤습니다. 초기에는 R. 비르호(Virchow)의 자극이 암 발생에 미치는 영향에 대한 이론이 지배적이었던 시기에 기계적 및 화학적 만성 손상의 다양한 요인이 종양 유발의 원인으로 지목되었습니다. 그러나 20세기 초부터 실험 종양학, 화학, 물리학, 바이러스학이 발전하고 체계적인 역학 연구 덕분에 발암 인자에 대한 명확하고 구체적인 개념이 확립되었습니다.

WHO 전문가 위원회는 발암 물질의 개념에 대해 다음과 같이 정의했습니다. "발암 물질은 작용 기전이나 효과의 특이성 정도와 관계없이 신생물의 발생을 유발하거나 가속화할 수 있는 물질입니다. 발암 물질은 물리적 또는 화학적 특성으로 인해 체세포의 항상성을 조절하는 유전 기관의 특정 부위에 돌이킬 수 없는 변화나 손상을 유발할 수 있는 물질입니다." (WHO, 1979)

종양은 화학적, 물리적 또는 생물학적 발암 물질로 인해 발생할 수 있다는 사실이 이제 확실히 밝혀졌습니다.

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화학 발암 물질

20세기 초에 K. Yamagiwa와 K. Ichikawa(1918)가 동물에서 다양한 물질에 의한 실험적 종양 유도에 관한 실험 연구를 시작하면서 다양한 구조의 화합물이 상당수 발견되었고, 이를 폭발성 또는 발암성 물질이라는 일반 명칭으로 명명했습니다.

이 문제의 뛰어난 연구자 중 한 명은 1930년대에 현재 환경에서 알려진 최초의 화학 발암 물질인 벤조(a)피렌을 분리한 E. Kennaway였습니다. 같은 해에 T. Yoshida와 R. Kinosita는 발암성 아미노아조 화합물군을 발견했고, W. Heuper는 방향족 아민의 발암성을 최초로 입증했습니다. 1950년대에는 P. Magee와 J. Barnes, 그리고 H. Druckrey 등이 발암성 N-nitroso 화합물군을 확인했습니다. 동시에 일부 금속의 발암성이 입증되었고, 개별 천연 화합물(아플라톡신)과 약물의 발암 특성이 밝혀졌습니다. 이러한 실험 연구는 인간의 종양 발생에 대한 역학적 관찰 결과를 확증했습니다.

현재 알려진 모든 화학적 발암물질은 화학 구조에 따라 여러 등급으로 나뉩니다.

1. 다환방향족 탄화수소(PAHs).
2. 방향족 아조 화합물.
3. 방향족 아미노 화합물.
4. 니트로소 화합물과 니트라민.
5. 금속, 준금속 및 무기염.

화학적 발암물질은 신체에 미치는 영향의 특성에 따라 세 가지 그룹으로 나뉩니다.

1. 주로 적용 부위에 종양을 유발하는 발암 물질
2. 원격으로 선택적으로 작용하는 발암물질로, 특정 장기에 종양을 유발함.
3. 다양한 형태적 구조와 장기에 종양이 생기도록 유발하는 다중작용 발암물질입니다.

세계보건기구(WHO) 산하 전문기관인 국제암연구소(프랑스 리옹)는 발암성 요인에 대한 정보를 요약하고 분석했습니다. 이 기관에서 발간한 70권 이상의 자료에는 발암성이 의심되는 약 1,000종의 물질 중 75종의 물질, 산업 위험 요소, 그리고 기타 요인만이 인간에게 암을 유발하는 것으로 입증되었다는 데이터가 포함되어 있습니다. 가장 신뢰할 수 있는 증거는 여러 국가의 대규모 집단을 대상으로 한 장기 역학 관찰 결과에서 비롯되는데, 이 관찰 결과는 산업 환경에서 물질과의 접촉이 악성 종양 형성을 유발한다는 것을 보여줍니다. 그러나 수백 가지 다른 물질이 인간에게 암을 유발한다는 증거는 직접적이기보다는 간접적입니다. 예를 들어, 니트로사민이나 벤즈(a)피렌과 같은 화학 물질은 여러 동물 종을 대상으로 한 실험에서 암을 유발합니다. 이러한 화학 물질의 영향으로 인공적인 환경에서 배양된 정상 인간 세포가 악성 세포로 변할 수 있습니다. 이러한 증거가 통계적으로 유의미한 수의 인간 관찰에 의해 뒷받침되지는 않지만, 이러한 화합물의 발암 위험은 의심의 여지가 없습니다.

국제암연구소(IARC)는 발암성 연구 대상 물질에 대한 상세한 분류를 작성했습니다. 이 분류에 따라 모든 화학 물질은 세 가지 범주로 나뉩니다. 첫 번째 범주는 인간과 동물에게 발암성이 있는 물질(석면, 벤젠, 벤지딘, 크롬, 염화비닐 등)입니다. 두 번째 범주는 발암 가능성이 있는 물질입니다. 이 범주는 다시 두 종 이상의 동물에게 발암성이 있는 수백 가지 물질(아플라톡신, 벤즈(a)피렌, 베릴륨 등)로 대표되는 하위 그룹 A(고발암성 발암 물질)와 한 종의 동물에게 발암성이 있는 물질(아드리아마이신, 클로로페놀, 카드뮴 등)로 특징지어지는 하위 그룹 B(저발암성 발암 물질)로 나뉩니다. 세 번째 범주는 발암 물질, 즉 데이터 부족으로 분류할 수 없는 물질 또는 화합물 그룹입니다.

명명된 물질 목록은 현재 발암 물질에 대한 데이터와 인간에 대한 발암 위험의 증거 정도를 담고 있는 가장 설득력 있는 국제 문서입니다.

구조, 물리화학적 특성에 관계없이 모든 화학적 발암물질은 여러 가지 공통적인 작용 특징을 가지고 있습니다. 첫째, 모든 발암물질은 긴 잠복기를 특징으로 합니다. 진정한 잠복기, 즉 생물학적 잠복기와 임상적 잠복기를 구분할 필요가 있습니다. 세포의 악성화는 발암물질과 접촉하는 순간부터 시작되는 것이 아닙니다. 화학적 발암물질은 체내에서 생물학적 변형 과정을 거쳐 발암성 대사산물을 생성하는데, 이 대사산물이 세포에 침투하여 심각한 장애를 유발하고, 이는 세포 유전 기관에 고정되어 세포 악성화를 유발합니다.

진정한 생물학적 잠복기는 체내에서 발암성 대사산물이 생성되는 순간부터 악성 세포의 통제되지 않는 증식이 시작되는 순간까지의 기간입니다. 일반적으로 임상적 잠복기라는 개념이 사용되는데, 이는 생물학적 잠복기보다 훨씬 깁니다. 발암 물질과의 접촉이 시작된 순간부터 종양이 임상적으로 발견되는 순간까지의 시간으로 계산됩니다.

발암 물질의 두 번째 중요한 작용 패턴은 "용량-시간-효과" 관계입니다. 즉, 물질의 단일 용량이 높을수록 잠복기가 짧아지고 종양 발생률이 높아집니다.

발암 물질 작용의 또 다른 특징은 암 발생에 앞서 나타나는 형태학적 변화의 단계입니다. 이러한 단계에는 미만성 불균일 증식증, 국소성 증식증, 양성 및 악성 종양이 포함됩니다.

화학적 발암 물질은 그 성질에 따라 두 가지 그룹으로 나뉩니다. 발암성 화합물의 압도적 다수는 인위적인 기원을 가지며, 환경 내 출현은 인간 활동과 관련이 있습니다. 현재 가장 흔한 발암 물질인 다환방향족 탄화수소(PHC)를 생성하는 여러 가지 기술적 공정이 알려져 있습니다. 이러한 공정은 주로 연료 및 기타 유기 물질의 연소 및 열처리와 관련된 공정입니다.

두 번째 그룹은 산업 활동이나 기타 인간 활동과 관련이 없는 천연 발암 물질입니다. 여기에는 일부 식물의 노폐물(알칼로이드)이나 곰팡이 균(미코톡신)이 포함됩니다. 따라서 아플라톡신은 다양한 식품과 사료에 기생하는 미세한 곰팡이 균의 대사산물입니다.

이전에는 아플라톡신 생성 곰팡이가 열대 및 아열대 국가에서만 발견된다고 여겨졌습니다. 현대적 개념에 따르면, 이러한 곰팡이의 잠재적 위험, 그리고 이로 인한 식품의 아플라톡신 오염은 북유럽이나 캐나다와 같은 한랭 기후 국가를 제외하고는 거의 모든 국가에서 공통적으로 발견됩니다.

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물리적 발암 물질

여기에는 다음과 같은 발암 물질이 포함됩니다.

• 다양한 유형의 이온화 방사선(X선, 감마선, 원자의 기본 입자 - 양성자, 중성자, 알파, 베타 입자 등)
• 자외선;
• 기계적 조직 외상.

화학적 발암 물질이 발견되기 훨씬 이전인 1902년, E. Frieben은 엑스선에 의한 인체 피부암 발생을 기술했고, 1910년 J. Clunet은 엑스선 조사를 이용하여 동물에서 종양을 최초로 확보했습니다. 이후 국내 방사선생물학자와 종양학자를 포함한 많은 방사선생물학자와 종양학자의 노력을 통해 종양 유발 효과는 다양한 유형의 인공 이온화 방사선뿐만 아니라 태양의 자외선을 포함한 자연적 원인에 의해서도 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다.

현대 문헌에서는 방사선 요인만이 환경의 물리적 발암 요인으로 간주됩니다. 즉, 모든 유형과 종류의 이온화 방사선과 태양의 자외선이 여기에 해당합니다.

발암은 개시, 촉진, 진행으로 구성된 다단계 과정으로, 이온화 방사선은 원암유전자(proto-oncogene)의 활성화에 약한 돌연변이를 유발하는 것으로 알려져 있으며, 이는 발암 초기 단계에서 중요할 수 있습니다. 동시에, 이온화 방사선은 종양 억제 유전자의 비활성화에도 매우 효과적이며, 이는 종양 진행에 중요합니다.

생물학적 발암 물질

종양의 병인에서 바이러스의 역할에 대한 의문은 20세기 초에 제기되었습니다. 1910년, P. Rous는 세포가 없는 여과액을 이용하여 조류에 종양을 이식한 최초의 인물로, 종양 바이러스의 존재를 그 원인으로 설명했습니다. 이는 A. Borrel을 비롯한 초기 연구자들이 암의 원인으로 바이러스를 지목했던 주장을 뒷받침합니다.

현재 모든 암의 30%가 인간 유두종 바이러스를 포함한 바이러스에 의해 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 인간 유두종 바이러스는 자궁 경부 편평 세포 암종의 75-95%에서 검출됩니다. 구강, 구인두, 후두 및 비강의 침습성 암 종양에서 여러 유형의 인간 유두종 바이러스가 발견되었습니다. 16형과 18형 인간 유두종 바이러스는 두경부암, 특히 구인두암(54%)과 후두암(38%)의 발암에 중요한 역할을 합니다. 과학자들은 헤르페스 바이러스와 림프종, 카포시 육종, 그리고 B형 및 C형 간염 바이러스와 간암 간의 관계를 연구하고 있습니다.

그러나 암 발생률은 바이러스 감염 빈도보다 훨씬 낮습니다. 이는 바이러스의 존재만으로는 종양 형성 과정이 진행되기에 충분하지 않음을 시사합니다. 일부 세포 변화 또는 숙주 면역 체계의 변화 또한 필수적입니다. 따라서 종양학 및 종양바이러스학 개발의 현재 단계에서는 종양 유발 바이러스가 임상적 관점에서 감염성이 없다고 가정해야 합니다. 화학적 및 물리적 발암 물질과 마찬가지로 바이러스는 세포 분열과 분화를 조절하는 유전자인 내인성 종양 유전자에 영향을 미치는 외인성 신호로만 작용합니다. 암 발생과 관련된 바이러스의 분자 분석 결과, 바이러스의 기능은 적어도 부분적으로는 세포 성장과 세포 사멸을 조절하는 억제 단백질의 코딩 변화와 관련이 있음이 밝혀졌습니다.

발암성 관점에서 바이러스는 "진정한 발암성"과 "잠재적 발암성"으로 나눌 수 있습니다. 전자는 세포와의 상호작용 조건과 관계없이 정상 세포를 종양 세포로 변형시키는, 즉 악성 신생물의 자연적 병원체입니다. 여기에는 RNA를 포함하는 발암성 바이러스가 포함됩니다. 후자, 즉 DNA를 포함하는 발암성 바이러스는 실험실 조건과 이러한 바이러스의 자연적 보균자("숙주")가 아닌 동물에서만 세포 변형 및 악성 종양 형성을 유발할 수 있습니다.

1960년대 초에 L.A. 질버는 바이러스 유전학 가설을 최종 형태로 공식화했는데, 이 가설의 주요 가정은 바이러스와 정상 세포의 유전체가 물리적으로 통합된다는 아이디어입니다. 즉, 종양 바이러스가 감염된 세포에 침입하면 바이러스는 자신의 유전 물질을 숙주 세포의 염색체에 도입하여 그 필수적인 부분인 "게놈" 또는 "유전자 배터리"가 되고, 그렇게 하여 정상 세포가 종양 세포로 변형되도록 유도합니다.

바이러스 발암에 대한 현대적 체계는 다음과 같습니다.

1. 바이러스가 세포에 침입하면 유전 물질이 세포의 DNA와 물리적으로 통합되어 세포에 고정됩니다.
2. 바이러스 게놈에는 특정 유전자, 즉 종양 유전자가 포함되어 있으며, 이 유전자의 산물은 정상 세포를 종양 세포로 변형시키는 데 직접적으로 책임이 있습니다. 통합된 바이러스 게놈의 일부인 이러한 유전자는 특정 RNA와 종양 단백질이 형성되면서 기능을 시작해야 합니다.
3. 종양단백질(종양유전자의 산물)은 세포 분열을 조절하는 영향에 대한 민감성을 잃고 종양이 되고 다른 표현형적 특성(형태학적, 생화학적 등)에 따라 세포에 영향을 미칩니다.

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