퇴행성관절염 근본 원인 규명…치료제 개발 성큼

아연 이온 농도 상승, 연골 닳아 없어져

[아시아경제 정종오 기자] 퇴행성관절염의 근본 원인이 규명돼 앞으로 예방과 치료제 개발이 가능해질 것으로 예상된다. 100세 시대에 진입하면서 고령자의 퇴행성관절염 환자는 급증하고 있는데 현재로서는 수술이나 통증을 완화하는 것 이외에는 마땅한 치료방법은 없다. 이런 상황에서 국내 연구진이 연골퇴행의 분자적 구조를 규명해 앞으로의 퇴행성관절염 예방과 치료법 개발에 중요한 단서를 제공했다.

연구팀은 퇴행성관절염 연골세포에서는 아연 이온의 농도가 정상 연골세포와 달리 비정상적으로 높아지는 것을 확인했다. 아연 이온이 세포 내에서 연골퇴행을 유발하는 단백질을 활성화시키는 것을 밝혀낸 것이다.

연골조직이 스트레스를 받으면 아연 이온을 연골세포 내로 수송하는 단백질(ZIP8)이 많이 만들어져 연골세포 내로 아연 이온의 유입이 크게 증가했다. 아연 이온은 세포핵 내에서 아연 의존성 전사인자(MTF1·유전자의 발현을 조절하는 단백질)를 활성화한다. MTF1은 연골기질분해효소(MMP·ADAMTS) 발현을 유도하는 일련의 과정을 통해 결과적으로 연골이 닳아 없어진다는 사실을 규명했다.

생쥐 실험에서도 확인됐다. 아연 이온 수송 단백질(ZIP8)이나 아연 의존성 전사인자(MTF1)가 많이 만들어지도록 유전자를 조절한 생쥐의 관절에는 퇴행성관절염이 심하게 진행된 반면 이들 유전자가 없는 생쥐는 퇴행성관절염이 나타나지 않았다.

이번 연구결과는 아연 이온을 매개로 하는 연골세포의 신호전달 체계를 규명하고 상위 수준에서 연골퇴행 인자의 발현을 조절하는 유전자를 찾아냄으로써 퇴행성관절염 치료와 예방 연구의 새로운 기틀을 마련한 연구로 셀(CELL)지 등 연구계에서 주목받고 있다.

이번 연구논문은 전장수 광주과학기술원 생명과학부 교수와 김진홍 박사(제1저자)가 수행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단의 선도연구센터지원사업 등의 지원으로 이뤄졌고 생명과학 분야 최고 권위지 셀(CELL) 2월13일자(논문명 Regulation of the catabolic cascade in osteoarthritis by the zinc·ZIP8·MTF1 axis)에 게재됐다.

전 교수는 "필수 무기질인 아연이 지나치게 높아지면서 세포 내 신호전달 체계가 연골퇴행에 관여하고 있다는 것을 처음으로 밝혔다는 데 의의가 있다"고 설명했다.

◆다음은 전 교수와 일문일답

-이번 연구의 성과는.
▲연골 퇴행을 유발하는 원인 유전자와 단백질이 일부 밝혀지기는 했지만 아연 이온(Zn²+)과 아연 이온 조절 단백질이 연골퇴행과 퇴행성관절염에 관여한다는 것은 처음 파악된 것이다. 특히 아연 이온을 조절하는 ZIP8 수송체와 아연 이온 의존성 MTF1 전사인자 등 아연 이온에 의한 항상성 조절 전체 메커니즘과 이에 의한 퇴행성관절염의 발병원인을 규명했다는 데 있다.

-어디에 쓸 수 있나.
▲세포 내 아연 이온의 유입, 아연 이온 수송체 ZIP8 단백질과 아연 이온 의존성 전사인자 MTF1의 기능 또는 활성을 억제함으로써 퇴행성관절염의 발병을 근원적으로 막을 수 있을 것으로 예상된다.

-실용화되기 위해 넘어야 할 산이 있다면.
▲퇴행성관절염 치료제 개발을 위해서는 아연 이온 수송체 ZIP8 단백질, 세포 내 아연 유입, 아연 이온 의존성 전사인자 MTF1 활성으로 이어지는 일련의 과정 중 하나 혹은 그 이상을 억제할 수 있는 약제 개발이 필요하다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr