[과학을 읽다]패혈증 극복의 길 열릴까

국내연구팀, 패혈증 원인 생체 내 메커니즘 발견

▲패혈증에 대한 원인 규명이 이뤄져 관심을 모으고 있다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 패혈증에 대한 실마리가 풀렸습니다. 패혈증 원인 물질의 생체 내 메커니즘이 밝혀졌습니다. 국내 연구팀이 패혈증의 원인 물질인 박테리아 내독소가 우리 몸 안에서 어떻게 인식되고 전달되는지를 규명했습니다. 박테리아 내독소에 의한 선천성 면역반응의 활성화 메커니즘이 드러났습니다.

내독소란 그람음성균에 속하는 세균들의 세포외벽에 존재하는 독성 분자를 말합니다. 선천성 면역반응을 활성화시키며 다량의 내독소는 세포독성과 패혈증을 유발합니다.

패혈증은 감염에 의해 과도하게 활성화된 면역반응에 따른 전신성 염증반응 증후군입니다. 주요 원인물질이 박테리아 내독소입니다. 박테리아 내독소가 생체 내 단백질로 전달되는 분자메커니즘을 밝혀냄으로써 내독소가 전달되는 길목을 차단해 패혈증을 치료할 수 있는 새로운 가능성이 제시됐습니다.

감염에 의한 혈액 내 내독소 다량 유입은 고열, 혈압저하, 장기손상 등 과도한 염증반응의 결과인 패혈증으로 이어질 수 있습니다. 내독소 인식과 전달 관련 구체적 분자 메커니즘이 밝혀져 있지 않아 패혈증 치료제 개발에 한계가 있었습니다.

연구팀은 박테리아 내독소와 정제된 LBP 단백질을 혼합해 바이오투과전자현미경으로 사진을 찍은 후 각각의 분자의 모양을 컴퓨터를 활용한 이미지 프로세싱을 통해 분석했습니다. 내독소와 결합한 LBP 단백질 구조를 최초로 규명했습니다. 막대모양의 LBP 단백질이 그들의 N-도메인 끝을 통해 내독소 마이셀 표면에 결합함으로써 박테리아 내독소만을 특이적으로 인식하는 것을 발견했습니다.

LBP는 간세포에서 주로 만들어져 혈액에 존재하고 박테리아 내독소를 선택적으로 인식해 CD14로 빠르게 전달해 주는 단백질을 말합니다. CD14는 LBP로부터 전달받은 내독소 한 분자를 TLR4-MD2가 인지할 수 있도록 전달해주는 단백질입니다. TLR4-MD2는 면역세포와 주요 세포막에 존재하는 세포 수용체를 말합니다.

연구팀은 박테리아 내독소에 형광을 부착시킨 후 내독소 항체를 활용해 유리슬라이드 표면에 코팅시키고 LBP, CD14, TLR4-MD2 단백질들을 흘려주면서 박테리아 내독소, LBP, CD14, TLR4-MD2 분자 하나하나의 동적인 움직임을 실시간으로 관찰하는 단분자 형광 시스템을 최초로 구축했습니다. 이를 통해 박테리아 내독소 표면에 결합한 LBP 단백질로부터 CD14 단백질이 내독소 한 분자만을 반복적으로 가져간 후 빠르게 TLR4-MD2로 전달함으로써 선천성 면역의 세포신호전달을 활성화 시키는 분자메커니즘을 밝혀냈습니다.

마우스 면역세포인 수지상세포를 활용해 첨단 생물물리학적인 기법을 통해 제시한 분자메커니즘이 생체 내에서 내독소를 인식해 면역반응을 유발하는 핵심 메커니즘을 검증했습니다. 이번 연구는 박테리아 감염에 의한 선천성 면역 연구에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대됩니다. 패혈증 발병메커니즘 연구와 치료제 개발에 적극 활용될 수 있을 것으로 예상됩니다.

이번 연구는 김호민 카이스트 교수, 운태영 연세대 교수 연구팀이 수행했습니다. 국제 학술지 '이뮤니티 (Immunity)' 12월13일자(논문명 : Reconstruction of LPS transfer cascade reveals structural determinants within LBP, CD14, and TLR4-MD2 for efficient LPS recognition and transfer)에 실렸습니다.

김호민 교수는 "박테리아 내독소가 생체 내 단백질들의 동적인 상호작용에 의해 면역세포로 전달되는 일련의 과정들을 분자수준에서 최초로 밝힌 것"이라며 "박테리아 내독소 인식, 전달 메커니즘 이해를 통해 선천성 면역 유발 메커니즘 이해뿐 아니라 패혈증 예방과 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 말했습니다.