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결핵균 방어에 중요한 HO-1, 결핵 퇴치할까?
등록일 : 2019-02-01 09:31 | 최종 승인 : 2019-02-01 09:31
허성환
▲결핵균에 대항해 싸우는 새로운 단백질이 발견되면서 결핵과의 싸움이 한층 힘을 얻게 됐다(사진=ⓒ123RF) 

[메디컬리포트=허성환 기자] 결핵균을 방어하는 데 중요한 역할을 하는 단백질이 발견되면서 결핵 퇴치가 힘을 얻게 됐다. 미국 앨라배마대학교 버밍햄캠퍼스(UAB)의 생물학 교수인 안드리스 스틴(Andries Steyn) 박사가 이끄는 연구팀은 남아프리카 더반에 있는 아프리카건강연구소(AHRI)와 함께 21명의 결핵 환자로부터 얻은 폐 조직에 대한 연구와 두 건의 생쥐 실험을 통해 이 단백질을 확인했다.

스틴 교수는 인간에게서 얻은 폐결핵 조직을 가지고 이렇게 광범위한 분석을 한 연구는 이번이 처음이라고 강조하며, 이전에는 결핵에 걸린 사람의 폐 조직을 구하기 힘들었기 때문이라고 설명했다. 이번 연구의 경우 남아프리카가 워낙 결핵 감염률이 높은 만큼 이곳에서 결핵에 걸린 환자의 폐 조직을 구하는 일이 그리 어렵지 않아 가능했다. 활동성 폐결핵 환자가 최후의 수단으로 병원에서 수술을 받을 때 환자의 감염된 폐 조직이 절단되어 연구소로 보내졌다. 

결핵균의 독성

연구팀은 살아있는 결핵 환자에게서 방금 막 얻은 폐 조직의 건강한 부분과 심각하게 감염된 부분 모두에 관해 연구함으로써 특정 부위의 세포 활동과 면역 반응에서의 차이를 확인할 수 있었다. 연구팀은 이러한 접근 방식이 잠재적 호스트 요인을 찾아내는 데 도움이 될 거라고 주장한다. 그렇게 되면 만성 폐결핵에 수반되는 폐 조직의 광범위한 손상을 억제하기 위한 구체적인 표적 치료가 가능해질 것으로 기대된다. 

광범위한 약제 내성을 보이는 결핵균에 감염된 폐와 마찬가지로 방금 막 절단된 감염된 폐 조직은 조심스럽게 다루어야 한다. 결핵균은 독성이 높기 때문에 이 연구는 생물학적 연구에 안전한 실험실 내에서 진행됐다. 결핵 환자로부터 나오는 미세한 침방울에 들어 있는 1~3마리의 결핵균만으로도 충분히 감염을 일으킬 수 있다. 결핵 감염은 매년 약 130만 명이 목숨을 잃을 정도로 위험하다. 

연구팀은 결핵에 걸린 인간의 폐의 서로 다른 부분에서 얻은 독특한 세포 유형을 분리하고 '헴산화효소'(heme oxygenase-1, HO-1) 단백질을 생산하는 세포를 특징지었다. HO-1은 인체에 해로운 반응성 질소나 산소 매개체로부터 세포를 보호하는 데 유용한 효소로, 염증 반응을 제어하기도 한다. 연구팀은 호중성백혈구와 대식세포를 포함, 결핵 환자의 폐에서 골수성 면역세포에 의한 HO-1의 발현을 발견해냈다. 이러한 세포에서 발견된 HO-1 농도은 결핵 병리 생리학에 대한 보호량에 정비례하는 것으로 나타났다.  

▲의사들은 연구 중에 피실험자의 폐에서 HO-1이라는 새로운 단백질을 발견했다(사진=ⓒ123RF) 

연구의 임상적 중요성

호중성백혈구와 대식세포를 생산하는 HO-1은 결핵균에 감염되지 않은 폐 부위가 결핵균에 감염된 폐 부위에 비해 더 많았다. 그 결과, HO-1로부터 보호를 받지 못하면 골수 세포는 조직을 파괴하는 반응성이 높은 활성 산소 및 질소 종을 생산하게 된다.  이번 연구결과는 HO-1이 인간에게 매우 필수적이지만 쥐에게는 그다지 필수적이지 않다는 점에서 임상적으로 중요하다. 이것은 결핵에 대한 동물 실험을 보완하며, 결핵에 걸린 인간의 폐 조직을 검사하는 것이 얼마나 중요한지를 보여준다. 

아울러 인간 표본에서 얻은 연구 결과는 HO-1이 결핍된 두 건의 생쥐 모델에 의해 뒷받침됐다. 생쥐 모델은 결핵의 진행을 막는 데 있어서 골수성 세포의 침윤과 염증을 억제할 필요성을 보여줬다. 하나는 골수성 세포에만 들어있는 HO-1의 녹아웃 모델이었고, 다른 하나는 전반적인 HO-1 녹아웃을 포함했다. 

두 생쥐 모델 모두에서 녹아웃 생쥐에서 결핵균에 의한 감염에 대한 민감성이 더 컸다. 이러한 생쥐들은 폐와 지라에서 결핵균의 양이 더 많았고 결국 조기 사망했다. 사이토킨(cytokine) 농도와 면역세포의 침윤 역시 증가했다. 사이토킨은 세포의 면역 반응을 제어하고 자극하는 신호 물질로 사용되는 단백질이다. 사이토킨이 손상된 조직에서 방출되면 신체의 방어 체계에 비상 신호를 보내고 면역 세포 등이 문제를 해결하는 시스템이 작용하게 된다.

결핵에 걸린 인간의 폐와 생쥐 모델에서 나온 연구결과는 결핵의 진행에 맞서 숙주를 방어하기 위해서는 특히 골수성 세포에서 HO-1 발현이 필요하다는 것은 보여줬다. 이 연구는 결핵 환자의 HO-1 활동에 대한 제어를 강화하여 활동성 결핵의 진행 과정을 막을 방법을 모색할 것을 제안한다. 


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