【 청년일보 】 피를 붉게 하고 산소를 운반하는 단백질로 잘 알려진 헤모글로빈(hemoglobin)의 숨겨진 기능이 밝혀졌다.
이창준 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 단장은 박기덕 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소장 연구팀과 함께 뇌 속 별세포(astrocyte)에 존재하는 헤모글로빈의 항산화 기능을 규명했다고 22일 밝혔다.
또 이를 극대화하는 저분자 화합물을 개발 ▲퇴행성 뇌신경질환 ▲노화 ▲자가면역질환 등 다양한 질환 동물 모델에서 치료 효과를 입증했다.
루게릭병, 파킨슨병, 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌신경질환과 노화 등에서 활성산소의 과도한 축적이 신경세포 손상과 사멸을 일으키는 주요 원인으로 지목돼 왔다.
이에 따라 주로 라디칼(radical)이라는 고반응성 활성산소를 제거하는 항산화 치료제가 개발됐으나, 대부분 뚜렷한 임상 효과를 보이지 못했다.
라디칼은 주변 세포와 빠르게 반응해 치료제가 제대로 작용하지 못했으며, 약물이 뇌까지 도달하지 못하거나 체내에서 너무 빨리 배출돼 효과를 내기 어려웠다. 또 작용 범위가 넓어 정상 세포까지 영향을 미치는 등 부작용 우려도 컸다.
연구진은 이 같은 한계를 극복하기 위해 보다 조절 가능한 형태의 활성산소인 과산화수소(H2O2)에 주목했다. 특히, 지난 연구에서 반응성 별세포(reactive astrocyte)에서 과산화수소가 비정상적으로 축적돼 주변 신경세포를 손상시킨다는 사실에 착안해 별세포 내부의 항산화 체계를 정밀히 분석했다.
분석 결과, 혈액에만 존재하는 것으로 잘 알려진 헤모글로빈이 뇌 속 별세포의 핵 안에 있는 소기관 ‘핵소체(nucleolus)’에 존재한다는 사실을 발견했다.
또 이 헤모글로빈이 과산화수소를 산소와 물로 분해하는 항산화 기능을 수행한다는 것을 처음으로 규명했다. 특히, 이 기능은 퇴행성 뇌신경질환 등에서 현저히 감소했으며, 이로 인해 산화 손상과 신경세포 사멸이 촉진되는 악순환 구조가 형성됐다.
이러한 결과 바탕으로 연구진은 헤모글로빈의 항산화 활성을 극대화할 수 있는 저분자 화합물 ‘KDS12025’를 개발했다.
이 물질은 헤모글로빈 중심의 철 이온과 상호작용해 과산화수소가 보다 효과적으로 산소와 물로 전환되도록 촉진한다. 혈액-뇌 장벽(BBB)이라는 뇌의 강력한 방어선을 잘 통과하고, 헤모글로빈의 고유한 산소 운반 기능에는 영향을 주지 않으면서도 과산화수소 분해 능력을 최대 100배까지 향상시킨다.
또 극소량만으로도 강력한 효과를 내며, 헤모글로빈에만 특이적으로 작용해 부작용 가능성도 낮다.
실제로 연구진은 이 약물을 다양한 퇴행성 뇌신경질환 모델 생쥐에 투여하는 실험을 통해 신경세포 사멸을 효과적으로 억제하고, 생존율 향상, 기억력과 운동 기능 회복 등 치료 효과를 확인했다.
루게릭병 모델 생쥐에서 병의 발병 시기와 근력 저하 진행 속도가 늦춰져 평균 생존 기간이 4주 이상 연장되는 효과를 보였다.
파킨슨병 모델에서는 회전봉에 매달려 걷는 실험에서 평균 버티는 시간이 2배 이상 늘며 정상군과 유사하게 운동 기능이 개선됐다.
알츠하이머병 모델에서는 생쥐의 공간 기억과 인지 능력을 평가한 결과, 기억 유지력과 학습 능력이 정상 수준에 가깝게 회복됐다.
노화 모델에서는 평균 수명이 약 30% 연장돼, 약 2년인 일반 생쥐의 수명을 넘어 3년 이상 생존한 개체도 관찰됐다.
더 나아가 뇌질환뿐만 아니라 전신 염증성 질환에서도 치료 효과를 보였는데, 자가면역질환인 류마티스 관절염 모델에서 부종과 관절 염증 지표가 크게 감소하는 것을 확인했다.
이창준 IBS 단장은 “이번 연구는 외부에서 항산화제를 공급하는 기존 치료 전략과 달리, 우리 몸 안에 있는 자연 단백질의 기능을 조절하고 강화함으로써 질병을 치료하는 새로운 접근법을 제시한 것”이라고 말했다.
박기덕 KIST 소장은 “KDS12025는 헤모글로빈의 과산화수소 분해 능력을 선택적으로 증폭시키는 정밀 약물로, 혈액-뇌 장벽을 효과적으로 통과하고 극소량으로도 강력한 효과를 내는 등 치료제 개발에 필요한 핵심 조건들을 충족시킨다”라고 설명했다.
이어 “특히 과산화수소 축적이 다양한 질환의 공통된 병리로 작용한다는 점에서, 퇴행성 뇌질환뿐 아니라 노화, 뇌졸중, 염증성 질환 등 다양한 질환에 적용 가능한 범용 치료 플랫폼으로 확장될 수 있다”라고 덧붙였다.
【 청년일보=김민준 기자 】
