미세먼지 속 독성 물질, 멜라토닌으로 잡는다

안전성평가연구소, 카드뮴 독성 기전·저감 방법 확인

국내 연구진이 미세먼지 속 중금속 카드뮴의 독성을 확인하고 멜라토닌이 이를 저감시킨다는 사실까지 밝혀냈다.

안전성평가연구소(KIT)는 미세먼지 속 위험한 중금속 중 하나인 카드뮴이 인체 전립선에 미치는 독성학적 영향을 밝혀내고 멜라토닌(Melatonin)이 이를 줄여주는 것을 확인했다고 10일 밝혔다.

사진출처=안전성연구소 제공

카드뮴은 쉽게 부식되지 않는 특성으로 각종 배터리, 금속코팅, 안료, 플라스틱 안정제 등으로 사용되고 있다. 그러나 대표적인 발암물질 중 하나로 인체에 노출되는 경우 폐, 간, 신장에 축적되어 폐암, 신장암 등을 유발한다.

연구팀은 매년 미세먼지가 심각해짐에 따라 미세먼지 속 카드뮴이 인체에 어떻게 영향을 주는지 정확한 작용 기작을 파악하고 저감 물질을 발굴하기 위해 연구를 진행했다. 우선 동일한 유전적 특징을 가지는 세포 집단인 세포주(Cell Line)와 마우스(Mouse)에 인체 노출 가능 범위인 200㎍/kg 농도로 카드뮴을 노출시켰다. 세포주 실험을 위해 인체 유래 전립선 세포주와 마우스(Mouse) 세포주에 카드뮴을 노출했다. 그 결과 산화스트레스로 인해 활성산소가 증가해 세포사멸이 유도되는 현상을 확인했다. 활성성산소(Reactive Oxygen Species·ROS)는 몸속 기관이나 세포가 활동하면서 생기는 찌꺼기로 세포막을 손상 시킨다. 세포의 대사 항상성과 세포사멸에 중요한 기능을 하는 세포소기관인 미토콘드리아에 카드뮴이 침투해 미토콘드리아의 막전위를 감소시킴으로써 세포 독성을 유발하는 것을 확인했다.

특히 최근 미토콘드리아의 항상성에 중요한 기능을 하는 것으로 보고되고 있는 STAT3(Signal Transducer and Activator of Transcription 3)가 카드뮴 노출에 따라 기능이 손상됨을 밝혀냈다. STAT3는 면역 억제, 염증 질환 및 자가면역질환 등 세포 자극에 반응하여 다양한 유전자의 발현을 매개하는 것으로 알려져 있다. 또 쥐를 카드뮴에 노출시켰을 때 세포실험과 동일하게 미토콘드리아의 STAT3 단백질이 감소됐다. 이를 통해 카드뮴이 전립선 조직을 손상시키는 것을 확인했다. 즉 카드뮴 노출이 STAT3의 기능을 저하시키고 미토콘드리아의 항상성을 손상시켜 전립선 조직의 크기와 기능에 영향을 주어 전립선 손상을 유발할 가능성을 시사한다는 것이다. 멜라토닌은 뇌에서 분비되는 수면 리듬을 조절하는 생체호르몬으로서 불면증 치료에 사용되는 약물로 잘 알려져 있다.

멜라토닌을 1시간 전처리한 결과 미토콘드리아 STAT3 기능을 조절해 미토콘드리아의 항상성을 향상시키고 세포 사멸을 방해함으로써 전립선 기능의 독성영향을 저감시키는 것도 밝혀냈다.

연구팀은 " 이번 연구는 인체가 독성에 대한 저항성으로 수면 습관 등에 의해 변화될 수 있다는 가능성을 제안한 것으로 후속 연구의 필요성이 있다"면서 "향후 초미세먼지 속 중금속 물질의 유해성에 대한 연구가 지속적으로 필요하다. 유해성 파악 뿐 아니라 이를 저감할 수 있는 대안을 찾는 연구도 함께 수행해나갈 예정"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 생물학 분야 국제학술지 'Communications biology’ 학술지에 지난 2월 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr