포항공대신문
기자소개 | 조직 | 연혁 | 신문발행일정
> 뉴스 > 391호 > 학술
   
낮은 농도의 일산화탄소가 지닌 뇌 질환 치료 효과
[391호] 2017년 12월 06일 (수) 최윤경 교수 / 건국대학교 융합생명공학과 .
외상성 뇌 손상, 뇌졸중, 알츠하이머 질환 등 뇌 질환 치료제에 대한 수요는 증가하는 반면 효과적인 치료제는 거의 개발되지 못했다. 뇌 질환에는 주로 증상 완화제들이 사용되며, 손상된 인지능력을 회복시킬 수 있는 약은 전혀 없다. 본 연구팀은 이를 해결하기 위해서 낮은 농도의 일산화탄소에 주목하고 있다. 우리 몸에서는 늙은 적혈구가 분해되고, 새로운 적혈구가 만들어진다. 이 과정에서 늙은 적혈구가 분해될 때, 낮은 농도의 일산화탄소가 자연적으로 생성된다. 연탄가스 중독의 주범으로 알려져 있었던 일산화탄소는 최근 20~30년 동안 새롭게 그 생리적인 기능들이 알려지고 있다. 즉, 높은 농도의 일산화탄소는 독성으로 인한 문제를 일으키지만, 낮은 농도의 일산화탄소는 혈압을 낮추고 염증을 억제하는 등의 생리적 역할을 담당한다는 결과들이 발표된 것이다. 생리적인 역할에 대한 연구가 진행되면서 이를 바탕으로 고혈압, 패혈증, 염증 억제제로 일산화탄소를 사용하고자 하는 연구가 진행 중이다. 그러나 뇌 질환에서 인지능력을 회복시키기 위한 일산화탄소의 역할 연구는 알려지지 않았다.


▲외상성 뇌손상 모델에서 기억을 담당하는 해마 부위의 혈관 주위 세포가 사멸하는 것이 확인됐으나, 적은 농도의 일산화탄소 분비물질 처리군에서 확연하게 억제됨을 보여준다.

손상된 뇌세포 치료제로서의 일산화탄소
손상된 신경세포는 일부 자연적인 재생이 일어날 수 있다고 보고됐으나, 자연적인 재생으로는 손상된 인지능력을 손상 전과 동일하게 회복시킬 수 없다. 즉, 신경세포들의 전반적인 네트워크가 재생되어야 가능하다. 또한, 뇌에 존재하는 다양한 세포의 통합적 재생 기능을 지닌 약물이 치료제로서의 기능을 담당할 것으로 보인다. 필자는 낮은 농도의 일산화탄소가 지닌 뇌 신경, 혈관 통합조절 능력에 관심을 기울이고 있다.

1) 뇌 혈액 관문 보호 기능
일산화탄소의 치료 효과를 보기 위해 외상성 뇌 손상을 준 마우스 모델에 4mg/kg의 일산화탄소 분비 물질을 주입하였다. 이는 약 250ppm의 일산화탄소 기체를 한 시간 주입한 것과 비슷한 효과를 보였다. 외상성 뇌 손상 모델에서는 혈관 세포 사이의 접합 단백질의 감소 및 기능 손실로 뇌 혈액 관문이 손상되면서 에번스 블루라는 염색 물질이 뇌에 침투하는 것을 확인하였다. 그러나 일산화탄소 분비 물질을 뇌 손상 모델에 주입한 마우스에서는 이러한 침투가 유의성 있게 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, 혈관계의 손상을 일산화탄소가 억제한 결과를 얻었다. 이뿐만 아니라, 혈관 주위 세포의 사멸 감소를 통한 혈관 주위 세포 유래 인자들의 기능을 보호하는 역할을 일산화탄소가 지님을 알게 됐다. 이런 보호 기능은 활성화 산소의 생성 억제와 관련이 있는 것으로 보인다.

2) 신경 줄기세포의 분화 및 증식 기능
일산화탄소 분비 물질을 투여한 마우스에서는 뇌 손상 이후 신경 줄기세포의 증식, 이동, 분화가 촉진됨을 확인할 수 있었다. 외부에서 주입하지 않은 줄기세포, 즉 내인적인 신경 줄기세포의 재생을 관찰했다. 활성화 산소를 억제하는 다른 약물을 넣어 준 마우스에서는 이런 신경재생을 확인할 수 없었다. 따라서 일산화탄소는 활성화 산소 억제 기능뿐만 아니라, 신경세포의 재생을 유도하는 기능을 동시에 갖고 있음을 알 수 있었다. 이를 통해, 낮은 농도의 일산화탄소는 다양한 뇌세포들의 사멸 억제 및 재생 유도라는 기능을 담당할 것으로 예측할 수 있었다. 따라서 비단 신경세포의 재생뿐 아니라, 혈관내피세포 전구세포 및 희소돌기아교세포와 같은 다양한 세포들을 통합적으로 재생해 세포 간 네트워크를 회복시키는지를 확인하고 있다.

3) 성상교세포의 혈관내피세포 성장인자 분비 유도
혈관내피세포 성장인자는 혈관신생 및 신경재생을 유도한다고 보고됐다. 본 연구팀에서는 뇌세포 중 성상교세포가 일산화탄소를 만나면 이런 성장인자를 많이 유도할 수 있고, 이로 인해 혈관과 신경을 통합적으로 재생할 수 있음을 시사했다. 기존 연구에서는 밝혀지지 않았던 칼슘 채널이 일산화탄소 처리 군에서 활성화되면서 혈관내피세포 성장인자를 유도하는 신호를 강화함을 알 수 있었다.

뇌 질환 치료제로서의 일산화탄소


▲외상성 뇌 손상 모델에서 적은 농도의 일산화탄소 분비물질 처리군에서 (A)뇌혈액관문이 보호되고, (B)신경줄기세포는 증식함을 보여준다. 이는 적은 농도의 일산화탄소에 의한 보호 작용 및 재생 능력을 의미한다.

1) 외상성 뇌 손상
운동선수들에게서 보이는 외상성 뇌 손상은 미식축구가 대중적인 인기를 얻고 있는 미국에서 큰 이슈가 되고 있다. 이를 치료하기 위한 막대한 지원에도 불구하고 다양한 잠재적 치료제들이 효과를 보이지 못한 채 실패로 돌아갔다. 우리나라에서는 교통사고로 인한 외상성 뇌 손상 환자가 있다. 적은 농도의 일산화탄소는 활성화 산소를 억제하고, 신경 줄기세포의 증식을 유도하여 손상된 인지능력을 손상 전과 거의 동일한 수준으로 회복시킬 수 있음을 마우스 모델을 통해 확인할 수 있었다. 더욱 안전하고 효율적인 일산화탄소 분비물질을 개발한다면 치료제 개발을 앞당길 수 있을 것으로 생각된다.

2) 뇌졸중
산소 공급이 일시적으로 차단되어서 생기는 대표적 뇌 질환으로 허혈성 뇌졸중을 꼽을 수 있다. 이는 뇌세포들의 빠른 사멸을 일으키고, 결국은 인지능력을 저하하는 문제점을 안고 있다. 또한, 혈관성 치매를 유도하여 치매 발병률 및 속도를 빠르게 증가시킬 수 있다. 본 연구팀은 뇌세포들의 사멸은 억제하고, 세포들을 재생시킬 방법을 통해 뇌졸중 치료제 개발을 유도하고자 한다. 낮은 농도의 일산화탄소 분비 물질은 성상교세포에서 혈관내피세포 성장인자의 분비를 촉진함으로써, 신경 재생 가능성을 증가시킬 것으로 생각하고 있다.

3) 알츠하이머 질환
알츠하이머에서는 가장 중요한 것으로 기억 장애 및 인지능력 저하를 꼽을 수 있다. 그동안 베타-아밀로이드에 의한 세포 손상을 억제하고자 많은 약물이 개발 중이었으나, 모두 실패로 돌아갔다. 따라서 새로운 치료제 개발이 노령 인구 증가에 따른 수요 증가를 만족시킬 수 있을 것으로 보인다. 본 연구팀은 낮은 농도의 일산화탄소를 만성 퇴행성 뇌 질환에 접목하여 그 치료 기능을 확인하고자 한다. 농도 및 처리 시간과 투여 방법 등을 고려하여 효과가 있는지, 어떠한 기전으로 효과가 있는지를 밝히는 일은 만성 퇴행성 뇌 질환 치료제 개발에 중요할 것으로 보인다. 본 연구팀은 혈관과 신경을 이루는 세포 간 네트워크의 활성을 유도하는 약물을 개발하고자 한다.

뇌 질환 치료제로서의 일산화탄소가 지닌 기대효과
교통사고 및 운동선수들의 활동으로 인한 외상성 뇌 손상과 노년 인구의 빠른 증가세로 인해 퇴행성 뇌 질환 치료에 따른 의료비는 가파르게 상승할 것으로 예측된다. 안전하고 효율적인 일산화탄소 분비물질을 전 세계 제약회사가 개발 중이며, 전임상 시험에서 확인하고 있다. 이런 물질들이 뇌 질환 치료 효과를 임상 시험에서 갖는다면, 그 파급 효과는 매우 클 것으로 생각된다. 전 세계적으로 기대 수명이 높아지면서 뇌 질환 환자들이 증가하고 있는 추세이고 만성적인 퇴행성 뇌 질환 치료제가 거의 없는 실정에서 새로운 치료제의 등장은 의료비 절감 및 인지능력 회복에 따른 이차적인 경제적 부담을 덜어줄 것으로 보인다.
최윤경 교수 / 건국대학교 융합생명공학과의 다른기사 보기  
ⓒ 포항공대신문(http://times.postech.ac.kr) 무단전재 및 재배포금지 | 저작권문의  

     
전체기사의견(0)  
 
   * 200자까지 쓰실 수 있습니다. (현재 0 byte/최대 400byte)
   * 욕설등 인신공격성 글은 삭제 합니다. [운영원칙]
전체기사의견(0)
포항공대신문소개기사제보광고문의불편신고개인정보취급방침청소년보호정책이메일무단수집거부
우)37673 경상북도 포항시 남구 청암로 77( 경북 포항시 남구 효자동 산 31번지 ) | TEL 054-279-2622, 2625
창간 : 1988년 10월 26일 | 발행인 및 편집인 : 김도연 | 주간 : 임경순 | 편집장 : 명수한(국문), 곽준호(영문)
청소년보호책임자 : 김도연
Copyright 2009 포항대신문. All rights reserved. mail to reporter@postech.ac.kr