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당뇨병과 비만의 연결고리 : 답은 엑소좀에 있다


▲ 사진 출처 : 123RF

미국 캘리포니아대학 연구진은 엑소좀(대부분의 세포 유형에서 분비되는 나노 크기의 소수포 또는 주머니)이 제 2형 당뇨병 환자의 인슐린 저항성과 관련이 있다고 밝혔다. 비만으로 인한 세포 조직의 만성 염증은 오랫동안 인슐린 저항성이 됐으며 그 과정은 현재까지도 수수께끼로 남은 상태였다.

조직 사이에서 움직이는 엑소좀에 의해 촉발된 활동이 당뇨병과 관련된 대사 장애의 원인이라고 샌디에이고의과대학의 내분비학 및 신진 대사 부문 의학 교수인 제롤드 올레프스키는 말했다.

연구진은 세포를 형광으로 분류하여 엑소좀과 엑소좀이 옮기는 마이크로리보핵산(miRNA)이 지방 조직에서 혈액, 침윤된 근육 및 간 조직으로 이동하는 것을 관찰했다. 만성적으로 영향을 받는 일차 조직 염증은 지방이며, 비만에서 지방의 40%는 염증을 촉진하는 대식세포라고 불리는 특수한 면역 세포로 구성된다. 대식세포는 엑소좀을 분비한다.

엑소좀이 다른 조직으로 들어가면, 그들이 운반하는 miRNA가 특정 RNA에 결합하여 비활성 상태로 만든다. 그러면 RNA는 단백질을 수용할 수 없으므로 miRNA가 필수 단백질 생성을 억제하게 된다.

올레프스키와 연구진은 비만인 쥐의 지방 조직에서 발견되는 대식세포의 엑소좀을 수확했다. 이 지방 엑소좀으로 건강한 쥐를 치료하자 과체중이 아닌 정상 쥐도 비만 유도 인슐린 저항성을 나타내기 시작했다.

과학자들은 그 과정을 반대로 해서 추가 조사를 실시했다. 그들은 뚱뚱한 쥐를 마른 생쥐의 엑소좀으로 치료했다. 그러자 비만한 쥐는 체중은 과체중인 그대로 남아 있었지만, 신진대사가 건강해졌다.

다음으로 연구진은 사람의 간세포와 지방 세포로 체외 연구를 수행했다. 지방 조직의 엑소좀으로 치료를 받으면 세포는 인슐린에 저항성을 갖는다. 반대로, 마른 대식세포에서 얻은 엑소좀을 투여하면 세포는 인슐린에 매우 민감해진다.

이들은 당뇨병이 어떻게 작용하는지에 대한 핵심 메커니즘을 발견했다. 이 발견은 질병의 병태생리학을 엑소좀 생성을 담당하는 지방 조직 대식세포와 연결지었기 때문에 결정적이고 중요하다고 올레프스키는 설명했다. 당뇨병의 표현형을 유발하는 엑소좀의 특정 miRNA를 정확히 찾아낼 수 있다면 표적 치료제를 만들 수 있다.

올레프스키에 따르면 엑소좀에는 500~600개의 miRNA가 포함되지만 연구에서는 20~30개만 포함돼 있었다. 연구진은 정확한 miRNA를 알아내려면 더 많은 작업이 필요하다고 전했다. 현재까지 한 개의 miRNA(miR-155)가 인슐린 저항성과 관련된 역할을 한다고 알려졌다. 이 miRNA를 생산할 수 없는 쥐는 다른 쥐에 비해 인슐린에 더욱 민감했다.

miR-155는 사람에게도 존재하며 PPAR이라고 불리는 대사성 단백질을 억제한다고 알려져 있다. 연구진은 이 단백질을 표적으로 삼는 효과가 증명된 당뇨병 치료제가 이미 존재한다고 말하면서 이 약물은 부작용 때문에 임상 실험 허가를 얻지 못했다고 덧붙였다.

올레프스키와 그의 동료들은 액체 생검을 통해 더욱 관련성이 높은 miRNA를 발견하여 새로운 인슐린 감수성 치료법을 개발하기를 희망한다. "우리는 혈액으로부터 엑소좀을 얻어서 모든 miRNA를 서열화할 수 있다"고 그는 말했다.

암 치료에 유용한 약물을 찾기 위해 액체 생검이 사용되는 것처럼 연구진은 엑소좀을 배열하여 당뇨병에 대한 바이오마커를 제공하는 유전적 신호를 얻을 수 있다. 미래에는 당뇨병에 대한 바이오마커를 사용하여 질병에 걸릴 위험이 높은 사람을 가려내고, 환자에게 어떤 치료법이 효과적일지 예측할 수 있다.

연구진은 지방 조직의 엑소좀에 주목했지만 앞서 말했듯 이 입자는 간과 다른 세포에도 존재한다. 엑소좀은 신진 대사와 관련이 없는 다른 비만 합병증을 일으킬 수도 있다. "이것이 인슐린 저항성을 뛰어넘을 수 있다"고 올레프스키는 지적했다.

과거에는 엑소좀이 단순한 잔여물로 간주됐지만 이제 연구에 도움이 될 수 있다. 엑소좀이 서로 다른 세포 유형 간의 연결을 촉진하고 알려지지 않은 방식으로 영향을 준다는 증거도 늘어나고 있다.

캘리포니아 주의 시더스 시나이 심장 연구소의 최근 연구에 따르면 젊은 쥐의 심장 세포가 엑소좀을 분비하여 늙은 쥐의 심장을 젊게 만드는 것으로 나타났다. 2014년에 진행된 또 다른 연구에서는 종양 세포의 엑소좀이 인접한 건강한 세포를 암세포로 만든다는 결과가 밝혀졌다. 현재 엑소 좀은 질병 상태를 탐지하기 위한 비침습적 검사로서 연구되고 있다.

올레프스키는 수년 간 당뇨병에 대해 연구해 왔으며, 엑소좀이 다른 세포에서 대사 작용을 일으키는지를 알아보기 위해 또 다른 연구를 진행할 예정이다.


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