MENA 뉴스와이어 , 샌프란시스코 : 스탠포드 대학교 연구진이 노화된 관절 조직을 복원하고 전 세계 수백만 명에게 영향을 미치는 퇴행성 질환인 골관절염과 관련된 근본적인 손상을 해결하는 방법을 이해하는 데 중요한 진전을 가져올 수 있는 새로운 연구 결과를 발표했습니다. 작년 말 과학 저널 '사이언스'에 발표된 이 연구는 노화 과정과 관련된 단백질을 차단하면 동물 모델에서 연골 재생이 유도되고 인체 조직 샘플에서도 측정 가능한 효과가 나타난다는 것을 발견했습니다.
골관절염은 가장 흔한 형태의 관절염으로, 관절에서 뼈와 관절 사이의 완충 역할을 하는 매끄러운 연골 조직이 손상되어 발생합니다. 연골이 마모되면 통증, 뻣뻣함, 운동성 저하가 나타납니다. 현재 임상 치료는 증상 완화, 물리 치료, 그리고 심한 경우 인공 관절 치환술에 중점을 두고 있습니다. 현재까지 연골 손실 자체를 되돌릴 수 있는 약물 치료법은 승인되지 않았습니다.
스탠포드 연구진이 주도한 이번 연구에서는 15-하이드록시프로스타글란딘 탈수소효소(15-PGDH)라는 단백질이 나이가 들면서 관절 연골에서 증가하며 신체의 자연적인 복구 메커니즘을 방해하는 것으로 밝혀졌습니다. 연구팀은 노화된 쥐를 대상으로 15-PGDH의 소분자 억제제를 투여하는 실험을 진행했습니다. 그 결과, 노화로 얇아졌던 연골이 두꺼워지고, 연골의 완전성을 유지하는 데 중요한 세포외 기질 구성 요소의 발현이 증가하는 등 건강한 조직과 관련된 구조적 특징들이 나타났습니다.
자연적으로 노화된 연골에서 관찰된 효과 외에도, 이 억제제는 일반적인 스포츠 관련 손상을 모방하기 위해 수술로 무릎 부상을 유발한 어린 쥐를 대상으로 시험되었습니다. 이러한 모델에서, 치료는 부상 후 일반적으로 발생하는 관절 조직의 골관절염 유사 변화의 발생을 감소시켰습니다. 연구팀 은 치료받은 동물이 치료받지 않은 대조군에 비해 관절 구조가 개선되었다고 보고했습니다.
이번 연구에서 밝혀낸 메커니즘은 관절에 새로운 세포를 주입하는 것에 의존하지 않습니다. 대신, 과학자들은 기존 연골 세포(연골세포)의 유전자 발현 변화를 관찰했는데, 이 변화는 연골 유지 및 복구와 관련된 특성으로 세포들이 전환되는 것을 보여줍니다. 실험실 분석 결과, 15-PGDH를 높은 수준으로 발현하는 세포 집단은 감소하고, 제2형 콜라겐 및 관절의 마찰을 줄이는 역할을 하는 유리연골에 필수적인 기타 구성 요소 생성과 관련된 유전자를 발현하는 세포 집단은 증가한 것으로 나타났습니다.
연구진은 또한 무릎 전치환술을 받은 환자에게서 얻은 인간 연골 조직에 15-PGDH 억제제를 적용했습니다. 시험관 내에서 일주일간 처리한 결과, 이 조직 샘플들은 처리하지 않은 샘플에 비해 분해 지표가 감소하고 새로운 연골 형성이 확인되었습니다. 연구진은 처리된 조직에서 보다 젊은 연골 구성으로의 변화와 일치하는 유전자 발현 변화가 나타났다고 보고했습니다.
연골 재생에 대한 실험실적 증거
이번 연구에 사용된 소분자 물질은 이전에 노화 관련 근육 약화에 대한 초기 임상 시험에서 평가되었으며, 연구진은 건강한 지원자에게서 이 물질이 안전하고 생물학적으로 활성이 있음을 확인했습니다. 이러한 임상 시험은 연골 연구와는 별개이지만, 해당 화합물 계열에 대한 초기 안전성 데이터를 제공합니다.
사이언스(Science)지에 발표된 논문의 저자들은 15-PGDH를 "노화효소(gerozymes)"라고 명명한 효소 계열의 일부로 설명했습니다. 이 효소들은 나이가 들면서 발현량이 증가하며, 여러 조직의 재생 능력 저하에 기여할 수 있는 단백질입니다. 이전 연구에서는 15-PGDH가 근육 및 기타 장기의 재생 과정을 제한하는 데 관여한다는 사실을 밝혀냈습니다. 이번 연구는 이러한 발견을 관절 연골까지 확장했는데, 관절 연골은 오랫동안 자가 복구 능력이 제한적인 조직으로 여겨져 왔습니다.
이 연구는 억제제의 전신 투여와 무릎 관절에 직접 주사하는 두 가지 방법을 자세히 설명했습니다. 노령 쥐에서 전신 투여는 관절 표면 전체에 걸쳐 연골 두께의 균일한 증가를 가져왔습니다. 손상 모델에서는 국소 주사가 조직학적 평가 결과 손상되지 않은 동물의 관절 표면과 더 유사한 관절 표면과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 연구진은 재생된 연골이 기계적 강도가 떨어지고 관절 하중 지지에 덜 적합한 섬유연골이 아닌 유리연골의 특징을 가지고 있음을 확인했습니다.
관련 임상 평가에서 얻은 안전성 데이터
연구 저자들은 억제제로 처리된 연골에서 윤활소(lubricin) 및 주요 구조 단백질 과 같은 정상적인 관절 기능에 중요한 분자들의 신호가 증가했음을 확인했습니다. 이러한 지표들은 연골 조직이 기계적 스트레스를 견디고 매끄러운 관절면을 유지하는 능력에 기여하기 때문에 연구에서 연골 건강의 지표로 흔히 평가됩니다.
이 학술 논문에는 스탠포드 의과대학 및 협력 기관의 여러 연구자들이 참여했습니다. 이번 연구는 퇴행성 관절 질환의 증상 관리를 넘어 그 기저에 있는 생물학적 과정을 이해하고 조절하는 방향으로 나아가려는 근골격계 과학 분야의 최신 연구 동향을 반영합니다. 또한, 노화로 인해 회복 불가능하다고 여겨졌던 조직의 기능을 복원할 수 있는 분자 표적을 규명하려는 노화 연구의 광범위한 노력에도 기여합니다.
이번 연구 발표는 정형외과 및 생의학 연구계의 주목을 받았는데, 이는 줄기세포 이식이나 지지체에 의존하지 않는 연골 복구를 위한 구체적인 분자 표적과 메커니즘을 제시했기 때문입니다. 많은 전임상 연구 성과와 마찬가지로, 핵심 연구팀 외의 연구자들은 이번 연구 결과가 효과적인 치료법으로 이어질 수 있는지 확인하기 위해서는 인체 대상 대조 임상시험을 포함한 추가 연구가 필요하다고 강조합니다. 임상 개발 과정에서는 규제 당국의 검토와 함께 연구 목표 질환인 골관절염 환자에서 안전성과 효능을 입증하는 것이 필수적입니다.
스탠포드 연구진, 노화된 관절 연골 복원 경로 제시 ( 이 글은 카타르 스타 에 처음 게재되었습니다.)