- 특정 혈관 석회화 전구세포가 혈관 석회화(칼슘이 혈관에 쌓여 혈관이 딱딱해지는 현상)의 원인으로 밝혀져
- 생쥐의 혈관에 혈관 석회화 전구세포를 주입하고 당뇨병 약제를 이용해 PPARγ이라는 단백질 성분을 활성화 시켰더니 혈관 내 칼슘이 유의미하게 감소해
- 동맥경화와 혈관 석회화의 새로운 치료법 개발에 중요한 단서 제공
혈관 석회화의 원인과 치료 가능성이 국내 연구팀에 의해 최초로 밝혀졌다. 혈관 석회화는 혈관에 칼슘이 쌓여 혈관이 딱딱하게 굳어지는 현상으로 동맥경화(1), 당뇨, 만성신부전 환자에게서 흔히 발견된다.
심장으로 혈류를 공급하는 관상동맥이 좁아지거나 막힌 협심증(2) 환자들은 혈관 석회화로 인해 심장 스텐트 시술(3)이나 관상동맥우회수술(4) 받는데 큰 어려움이 있었다. 그러나 현재까지 그 원인과 치료법이 밝혀지지 않았다.
서울대학교병원 순환기내과 김효수 교수 연구팀(조현주 박사, 조현재 교수)은 혈관 석회화 전구세포가 혈관 석회화의 원인이며, 혈관 석회화 전구세포 내 peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ)이라는 단백질을 활성화하면 혈관 석회화를 치료할 수 있음을 입증하였다. 혈관 석회화 전구세포는 혈관 내 칼슘 침착을 촉진하는 ‘조골세포*’나 억제하는 ‘파골세포*’로 분화되기 전 단계의 세포로, 골수에서 만들어 진다. 혈관 석회화는 조골세포와 파골세포의 균형으로 조절된다.
* 조골 세포: 뼈의 형성 표면에 배열되어 뼈를 만드는 세포. 세포 밖으로 골질(骨質)을 분비하고 스스로는 골질에 싸여 골세포로 변함.
* 파골 세포: 뼈를 녹이는 세포. 석회화한 연골과 골조직을 녹임.
연구팀은 실험용 생쥐의 동맥에서 혈관 석회화 전구세포를 분리한 후 줄기세포 표지자인 stem cell antigen-1 (Sca-1)와 항체 platelet-derived growth factor receptor alpha (PDGFRa)의 유무(有無)에 따라 4 종류로 나누었다.
* Sca-1: 줄기세포를 규정하는 대표적인 표지자. 특히 동물실험에서 널리 사용됨.
* PDGFRa: 중간엽 줄기세포의 분화에 관여하며, 혈관평활근(vascular smooth muscle) 세포의 표지자.
그 후 4 종류의 혈관 석회화 전구세포를 특정 실험 환경에서 배양 한 후 혈관 내 칼슘을 분해하는 파골 세포로 얼마나 많이 분화 되는지 관찰하였다. 그 결과 Sca-1 표지자만 발현하는 전구세포 (Sca-1+/PDGFRa-)만이 파골세포로 분화되었다.
혈관 내 칼슘 분해 가능성을 확인한 연구팀은 (Sca-1+/PDGFRa-) 전구세포에 현재 임상적으로 허가되어 있는 당뇨병 약제를 이용하여 PPARγ를 활성화 하였다. 그 결과 전구세포가 칼슘을 분해하는 파골세포로의 분화가 250% 이상 촉진되었다.
연구팀은 또한 실험용 쥐를 대상으로 (Sca-1+/PDGFRa-) 전구세포를 주입한 그룹(실험군 1)과 같은 세포를 주입하고 당뇨병 약제를 이용하여 PPARγ를 활성화 한 그룹(실험군 2)으로 나눈 후 CT 촬영을 하여 혈관 내 석회화(5)의 크기를 비교 하였다.
그 결과 실험군 2가 1에 비해 칼슘 침착에 의한 석회화 크기가 2배 이상 작아졌다. 실험군 1에서는 혈관 석회화 전구세포가 조골세포와 파골세포로 분화되었고, 조골세포에 의해 혈관에 쌓인 칼슘이 증가한 반면, 실험군 2에서는 혈관 석회화 전구세포가 PPARγ의 활성화로 인해 대부분 파골세포로 분화 되어 혈관에 쌓인 칼슘이 분해됐기 때문이다.
이러한 결과는 골수로부터 유래된 특정 전구세포가 혈관 석회화를 조절하는 치료제로 적용될 수 있으며, 당뇨병 약제를 이용하여 PPARγ를 활성화하면 동맥경화로 인해 딱딱해진 혈관을 부드럽게 할 수 있음을 시사한다.
김효수 교수는 “Sca-1표지자만 발현된 혈관 석회화 전구세포는 조골세포와 파골세포 양 방향으로 분화가 가능하며, 특정 약물에 의해 조골세포 대신 파골세포로의 분화가 촉진됨을 증명하였다” 며 “이것은 혈관 석회화로 인해 딱딱해진 혈관을 부드럽게 하는데 기여할 것으로 생각 된다”고 말했다.
이 연구는 세계적 학술지인 PLOS Biology (Impact factor 11.5점) 2013년 4월호에 주요논문 해설과 함께 게재 되었다. 이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 주도하는 바이오 의료기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.