액체생검 바이오마커란? ctDNA부터 EGFR·KRAS·PIK3CA 변이까지

액체생검에서는 단순히 혈액 속 DNA를 찾는 것이 아니라 종양과 관련된 특정 분자 신호를 선별합니다. ctDNA, 유전자 돌연변이, DNA 메틸화, RNA 등 어떤 바이오마커가 활용되는지 살펴보겠습니다.

액체생검에서 중요한 것은 ‘무엇을 찾을 것인가’

Liquid biopsy는 혈액이나 소변 같은 체액에서 종양과 관련된 분자 정보를 분석하는 접근법입니다.

혈액을 예로 들면 매우 다양한 DNA와 RNA, 단백질, extracellular vesicle 등이 함께 존재합니다.

이 가운데 암과 관련된 정보를 구별해내기 위해서는 바이오마커(biomarker)​가 필요합니다.

바이오마커는 특정 생물학적 상태나 변화를 나타낼 수 있는 측정 가능한 지표를 의미합니다.

액체생검에서는 다음과 같은 분자들이 연구되거나 실제 검사에 활용될 수 있습니다.

• cfDNA와 ctDNA
• 특정 유전자 돌연변이
• DNA methylation pattern
• circulating RNA
• extracellular vesicle 또는 exosome 관련 RNA
• circulating tumor cell
• 특정 단백질

즉, 액체생검 자체가 바이오마커인 것은 아닙니다.

체액은 검체이고, 그 안에서 찾아내는 분자적 특징이 바이오마커​입니다.

cfDNA와 ctDNA는 어떻게 구분할까?

혈액 속에는 세포 밖을 돌아다니는 DNA 조각이 존재합니다.

이를 cell-free DNA(cfDNA)​라고 합니다.

cfDNA는 종양세포뿐 아니라 정상적인 여러 조직에서도 유래할 수 있습니다.

그중 종양세포에서 방출된 DNA를 circulating tumor DNA(ctDNA)​라고 부릅니다.

따라서 ctDNA는 cfDNA와 완전히 별개의 물질이 아니라 전체 cfDNA 중에서 종양에서 유래한 부분입니다.

액체생검에서는 ctDNA 안에 존재하는 유전자 변이나 다른 분자적 특징을 분석하여 종양과 관련된 정보를 얻을 수 있습니다.

문제는 ctDNA의 비율이 낮을 수 있다는 점입니다.

전체 cfDNA 가운데 종양 유래 DNA가 매우 적으면 정상 DNA 사이에서 희귀한 변이를 구별해야 합니다.

이 때문에 높은 분석 민감도를 가진 PCR, digital PCR 또는 NGS 기반 방법이 활용됩니다.

유전자 자체보다 ‘변이’를 바이오마커로 본다

EGFR, KRAS, PIK3CA 같은 유전자 이름을 액체생검 자료에서 자주 볼 수 있습니다.

하지만 이 유전자 자체가 존재한다고 해서 암을 의미하는 것은 아닙니다.

이들 유전자는 정상 세포에도 존재합니다.

중요한 것은 어떤 위치에 어떤 유전자 변이가 존재하는가입니다.

예를 들어 정상 EGFR DNA와 특정 EGFR mutant DNA를 구분하는 식입니다.

따라서 액체생검에서 유전자 기반 바이오마커를 설명할 때는 다음과 같이 표현하는 편이 정확합니다.

EGFR이라는 유전자를 검출한다 → X

EGFR의 특정 mutation을 검출한다 → O

이 차이는 매우 중요합니다.

EGFR 변이는 왜 폐암 액체생검에서 많이 등장할까?

EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor)은 비소세포폐암(NSCLC)의 분자진단에서 중요한 유전자 가운데 하나입니다.

특정 EGFR 변이는 표적치료제 선택과 관련될 수 있습니다.

대표적으로 많이 알려진 변이에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

• Exon 19 deletion
• Exon 21 L858R
• Exon 20 T790M
• Exon 18 G719X
• Exon 20 S768I
• Exon 21 L861Q

다만 이 목록에 포함됐다는 이유만으로 각각의 변이가 모든 치료제에서 동일한 임상적 의미를 갖는 것은 아닙니다.

검사법의 허가 범위와 약제 적응증을 함께 확인해야 합니다.

실제로 FDA 승인 cobas EGFR Mutation Test v2는 혈장 유래 circulating-free tumor DNA를 이용해 특정 EGFR 변이를 real-time PCR로 검출할 수 있도록 승인된 검사입니다. 승인된 동반진단 용도에는 EGFR exon 19 deletion, L858R, T790M 등 특정 변이가 포함돼 왔습니다.

혈장에서 EGFR이 음성이면 종양에도 변이가 없을까?

그렇지 않습니다.

이 점이 액체생검 바이오마커를 이해할 때 매우 중요합니다.

혈장에서 특정 변이가 검출되지 않았다는 사실은 반드시 종양 조직에도 해당 변이가 없다는 것을 의미하지 않습니다.

종양이 혈액으로 방출하는 ctDNA 양이 적거나 검체의 상태, assay sensitivity 등의 영향을 받을 수 있기 때문입니다.

실제로 FDA의 cobas EGFR Mutation Test v2 승인 정보에서도 혈장 검사에서 특정 EGFR 변이가 음성인 경우 상황에 따라 조직 검사를 통한 추가 확인이 권고돼 왔습니다.

따라서 액체생검에서는 양성 신호의 의미뿐 아니라 음성 결과의 한계도 함께 이해해야 합니다.

KRAS는 하나의 암에만 해당하는 바이오마커가 아니다

KRAS 역시 암 분자진단에서 자주 등장하는 유전자입니다.

KRAS 변이는 폐암, 대장암, 췌장암 등 여러 암종에서 연구되고 활용됩니다.

대표적인 hotspot은 다음과 같은 codon에 존재합니다.

• G12
• G13
• Q61
• A146

하지만 실제 임상에서는 KRAS 변이가 있다는 큰 범주보다 정확히 어떤 변이가 있는지가 중요할 수 있습니다.

예를 들어 KRAS G12C는 특정 표적치료제와 연결된 중요한 바이오마커입니다.

현재 FDA 동반진단 목록에는 혈장을 이용하는 Guardant360 Liquid CDx에서 비소세포폐암의 KRAS G12C를 검출하여 특정 치료제 선택에 활용하는 승인도 포함돼 있습니다.

이는 동일한 KRAS 유전자 안에서도 변이 종류별로 임상적 의미가 달라질 수 있음을 보여줍니다.

PIK3CA는 유방암에서 왜 중요할까?

PIK3CA는 세포 성장과 생존에 관여하는 signaling pathway와 관련된 유전자입니다.

특정 PIK3CA mutation은 특히 일부 유방암에서 치료 선택과 관련된 바이오마커로 활용됩니다.

대표적으로 많이 알려진 hotspot에는 다음과 같은 변이가 있습니다.

• E542K
• E545K
• H1047R
• H1047L
• H1047Y

하지만 역시 특정 mutation을 발견했다고 해서 그것만으로 암을 새롭게 진단하거나 치료법을 결정하는 것은 아닙니다.

환자의 암 종류와 병기, 다른 분자적 특징, 승인된 검사 및 약제 적응증을 함께 고려해야 합니다.

FDA 동반진단 목록에는 혈장 기반 FoundationOne Liquid CDx에서 PIK3CA mutation을 분석하여 특정 유방암 치료제 선택을 돕는 승인 사례가 포함돼 있습니다.

액체생검 바이오마커는 돌연변이만 있을까?

아닙니다.

종양에서 나타나는 분자적 변화는 단순한 DNA 염기서열 변이에만 국한되지 않습니다.

액체생검에서는 다양한 종류의 바이오마커가 연구됩니다.

바이오마커 유형	분석할 수 있는 정보 예
SNV	하나의 염기 변화
Insertion/Deletion	염기의 삽입 또는 결실
Copy Number Alteration	특정 유전자 copy 수 변화
Gene Fusion	서로 다른 유전자의 재배열
DNA Methylation	후성유전학적 변화
Fragmentation Pattern	cfDNA 절편 특성
RNA Expression	특정 RNA 발현 변화

즉, 액체생검 연구는 암 돌연변이를 하나 찾아내는 검사보다 훨씬 넓은 영역으로 발전하고 있습니다.

DNA Methylation도 암 정보를 담을 수 있다

DNA의 염기서열이 바뀌지 않아도 유전자 조절 상태가 달라질 수 있습니다.

대표적인 변화가 DNA methylation입니다.

특정 유전자의 promoter나 genomic region에서 methylation pattern이 달라지면 유전자 발현과 관련된 변화가 나타날 수 있습니다.

암세포에서도 정상 세포와 다른 DNA methylation pattern이 관찰될 수 있습니다.

따라서 cfDNA에 존재하는 methylation 정보를 분석해 종양과 관련된 신호를 찾으려는 연구가 이루어지고 있습니다.

이 접근법의 흥미로운 점은 특정 mutation이 존재하는가와는 전혀 다른 정보를 이용한다는 것입니다.

즉, 같은 cfDNA에서도 염기서열 자체와 후성유전학적 상태를 각각 바이오마커로 활용할 수 있습니다.

RNA도 액체생검 바이오마커가 될 수 있다

체액에는 DNA뿐 아니라 여러 RNA도 존재합니다.

RNA는 분해되기 쉬운 특성을 가지고 있지만 extracellular vesicle 내부 또는 단백질과의 복합체 형태 등으로 비교적 안정하게 존재할 수도 있습니다.

액체생검에서는 다음과 같은 RNA가 연구됩니다.

• microRNA
• messenger RNA
• circular RNA
• long non-coding RNA
• extracellular vesicle-associated RNA

특정 RNA의 발현량이나 조합이 종양과 연관되어 있는지를 연구할 수 있습니다.

다만 연구에서 암 환자와 대조군 사이의 차이가 발견됐다는 사실만으로 곧바로 임상 바이오마커로 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

독립적인 환자집단에서의 validation과 검사법 표준화가 필요합니다.

Exosome 자체와 Exosome RNA는 구분해야 한다

액체생검 자료에서는 exosome biomarker라는 표현도 자주 등장합니다.

Exosome은 세포가 방출하는 extracellular vesicle의 한 종류입니다.

이 작은 vesicle 안에는 RNA, DNA, 단백질 등이 포함될 수 있습니다.

따라서 바이오마커는 exosome이라는 구조 자체일 수도 있지만, 더 구체적으로는 그 내부에 존재하는 특정 RNA 또는 단백질 cargo를 분석할 수도 있습니다.

예를 들어 특정 microRNA가 extracellular vesicle 안에서 증가하는지를 조사하는 방식입니다.

이러한 접근은 cfDNA 분석과는 또 다른 종류의 액체생검 연구 분야입니다.

PCR은 바이오마커를 찾는 기술이 아니라 ‘측정하는 기술’이다

여기서 바이오마커와 분석기술을 구분할 필요가 있습니다.

EGFR L858R이라는 mutation이 바이오마커라면 PCR은 그 mutation을 검출하기 위한 도구가 될 수 있습니다.

Digital PCR 역시 바이오마커 자체가 아니라 미량의 특정 핵산을 정밀하게 측정하기 위한 분석법입니다.

NGS도 마찬가지입니다.

정리하면 다음과 같습니다.

바이오마커 = 무엇을 측정할 것인가

PCR·dPCR·NGS = 어떻게 측정할 것인가

이 두 개념을 분리하면 액체생검 기술을 훨씬 쉽게 이해할 수 있습니다.

모든 바이오마커에 Digital PCR이 적합한 것은 아니다

Digital PCR은 알려진 특정 변이를 낮은 농도에서 정밀하게 분석하는 데 유용할 수 있습니다.

하지만 한 번에 매우 많은 유전자 영역을 탐색하거나 새로운 변이를 찾으려는 경우에는 NGS 기반 panel이 더 적합할 수 있습니다.

반대로 이미 환자에게서 특정 변이가 확인됐고 그 변화를 반복적으로 추적하는 경우라면 특정 표적에 최적화된 PCR 또는 dPCR assay가 유리할 수 있습니다.

따라서 분석법 선택은 바이오마커의 종류와 검사 목적에 따라 달라집니다.

목적	활용될 수 있는 기술
알려진 특정 변이 확인	qPCR, dPCR
희귀 변이 정밀 분석	dPCR 등
다수 유전자 동시 분석	NGS
RNA 발현 분석	RT-qPCR, sequencing 등
DNA methylation 분석	Methylation-specific assay, sequencing 등

하나의 기술이 모든 액체생검 바이오마커를 분석하는 것은 아닙니다.

바이오마커가 발견됐다고 곧바로 진단검사가 되는 것은 아니다

연구 단계에서는 수많은 후보 바이오마커가 발표됩니다.

하지만 통계적으로 차이가 나타났다는 사실만으로 임상검사에 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

실제 바이오마커가 진단이나 치료 선택 등에 활용되려면 여러 단계의 검증이 필요합니다.

예를 들어 다음과 같은 요소를 확인해야 합니다.

• 분석 민감도와 특이도
• 다른 환자집단에서의 재현성
• 검체 채취·보관 조건의 영향
• 암 종류와 병기에 따른 성능
• 다른 질환 또는 정상군과의 구별
• 실제 임상적 의사결정에 도움이 되는지

그래서 논문에서 새로운 암 바이오마커를 발견했다는 것과 승인된 임상진단 바이오마커다라는 표현은 명확히 구분해야 합니다.

이미 임상에서 활용되는 Liquid Biopsy Biomarker도 있다

액체생검 바이오마커가 모두 미래 연구에 머물러 있는 것은 아닙니다.

2026년 현재 FDA의 companion diagnostic 목록에는 혈장을 이용하여 여러 genomic biomarker를 분석하는 liquid biopsy 검사가 포함돼 있습니다.

대표적인 예를 보면 다음과 같습니다.

• EGFR mutation — 비소세포폐암
• KRAS G12C — 비소세포폐암
• PIK3CA mutation — 일부 유방암
• ESR1 mutation — 일부 유방암
• BRCA1/BRCA2 및 HRR 관련 alterations — 일부 전립선암
• ERBB2/HER2 activating mutation — 비소세포폐암

이 바이오마커들은 단순히 암의 존재 여부만 판별하기 위한 것이 아니라 이미 암으로 진단된 환자의 특정 치료제 선택을 돕는 companion diagnostic으로 활용되는 사례가 많습니다.

바로 이 부분이 조기 암 선별용 바이오마커와 현재 임상에 적용되는 치료 선택용 바이오마커를 구분해야 하는 이유입니다.

액체생검 바이오마커에서 중요한 것은 ‘발견’보다 ‘검증’

액체생검에서는 매우 다양한 분자 정보를 얻을 수 있습니다.

ctDNA의 point mutation뿐 아니라 insertion, deletion, gene fusion, methylation, fragmentation pattern과 RNA expression까지 바이오마커 후보가 될 수 있습니다.

하지만 가장 중요한 단계는 후보를 많이 찾는 것이 아닙니다.

그 신호가 실제 임상 상황에서 무엇을 의미하는지 반복적으로 검증하는 과정입니다.

EGFR, KRAS, PIK3CA처럼 이미 일부 임상적 용도가 확립된 바이오마커도 있고, 조기암 검출을 위해 아직 연구 중인 다양한 DNA·RNA·epigenetic marker도 존재합니다.

따라서 액체생검 바이오마커를 이해할 때는 어떤 분자를 검출했는가뿐 아니라 어떤 검체에서, 어떤 기술로 측정했고, 어떤 임상 목적으로 검증되었는가​까지 함께 살펴보는 것이 중요합니다.

※ 이 글은 액체생검과 분자 바이오마커의 개념을 설명하기 위한 교육 목적의 콘텐츠입니다. 특정 유전자 변이의 존재만으로 암을 진단하거나 치료법을 결정할 수 있다는 의미가 아니며 개인의 검사 결과 해석을 위한 의료정보로 제공되지 않습니다.