바이오인

 

□ 국내 연구진이 종양억제단백질로 알려진 TGFBIp*의 새로운 기능을 밝혀냈다. 연구진은 TGFBIp가 패혈증** 환자의 혈액에서 많이 발견되며 혈관염증을 증폭시켜 패혈증을 유발하는 새로운 기전을 규명했다. 향후 TGFBIp은 패혈증 진단 키트와 새로운 패혈증 치료제 개발의 타겟이 될 것으로 기대된다.

 

* TGFBIp : 생체 내의 여러 인테그린과 상호작용을 통해 세포내 다양한 기능을 조절하는 세포 외 기질 및 분비 단백질. 내피세포에서 발현되는 αvβ3 인테그린과 상호작용을 통해 혈관신생을 억제하는 것으로 알려져 있음

** 패혈증 : 감염에 의한 독성이 혈액을 타고 전신 염증 반응을 일으키는 질병이며, 패혈 쇼크로 진행될 경우 그 사망률이 약 70%에 이른다고 한다.

 

o 경북대 의학전문대학원 김인산 교수와 약대 배종섭 교수가 주도하고 이원화 박사과정 연구원 등이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 온라인판 02월 07일자에 게재되었다.

 

 

□ 2001년 미국 FDA에서 유일하게 승인을 받았던 패혈증 치료제가 2011년 불명확한 효능으로 제약시장에서 퇴출당한 후, 현재 새로운 패혈증 치료제 개발이 시급한 실정이다.

 

o 기존 다른 타겟 단백질(HMGB1)을 저해하는 패혈증 치료제 연구가 있었으나 독성이 있거나 치료효과가 낮아 후보물질로 그쳤다.

 

□ 연구팀은 패혈증 환자의 증상이 심할수록 혈액 속 TGFBIp 농도가 높음을 알아내고 염증조건에서 혈관내피세포와 혈소판이 TGFBIp를 분비하는 것을 밝혀냈다.

 

o 패혈증 진단 마커로서 TGFBIp 단백질의 중요성을 시사하는 이 연구결과는 향후 이 단백질의 농도를 조절하는 방식의 새로운 패혈증 치료제 개발의 실마리가 될 것으로 기대된다.

 

□ 실제 패혈증을 유도한 생쥐의 혈액에서도 고농도의 TGFBIp가 분비되었다. 반면 정상생쥐와 달리 유전적으로 TGFBIp 발현을 억제시킨 생쥐에 패혈증을 유발시킨 경우 생존률이 높게 나타났다.

 

o 또 혈관내피세포에서 분비된 이 단백질이 수용체 단백질 인테그린* 과 상호작용하여 염증을 증폭시켜 패혈증을 유발하는 구체적인 기전까지 밝혀냈다.

 

* 인테그린(αvβ5) : 세포 표면에 존재하여 피브로넥틴, 콜라겐등의 세포외 기질에 세포가 접착할 때 작용하는 수용체 분자이며, 세포의 상호작용, 면역, 지혈 등에 관여한다

 

□ 연구팀은 향후 패혈증을 초기에 진단할 수 있는 키트와 TGFBIp를 저해할 수 있는 화합물 등에 대한 후속연구를 계획하고 있다.

 

o 배종섭 교수는 “TGFBIp를 억제하는 물질이 발굴되면 패혈증 치료제로 개발할 수 있을 것으로 기대하며 현재 TGFBIp를 억제하는 물질에 대한 연구를 지속적으로 진행하고 있으며 진단키트를 국내 특허출원 중에 있다”고 밝혔다.

 

 

 

 

 

패혈증은 미생물(박테리아, 포자, 바이러스) 감염에 의한 전신 염증 반응으로, 치료법의 한계와 치료제의 부재로 인해 높은 사망율을 나타내는 질병이다. 세균성 패혈증의 매커니즘에 대한 광범위한 연구가 진행되었지만, 혈관 장벽 파괴와 이로 인해 이어지는 혈관 외부로의 유출을 조절하는 타겟 단백질과 그 기전은 거의 알려지지 않았다. 본 연구팀은 항신생혈관, 항종양성장 효과를 가진 강력한 내재성 단백질로 잘 알려진 TGFBIp 단백질이 염증 환경에서 그 분비가 증가하는지, 그리고 분비된 TGFBIp 단백질이 패혈증을 일으키고 그 기전을 연구하였다. 2001년 미국 FDA에서 유일하게 승인을 받았던 패혈증 치료제인 xigris® (Lilly)가 2011년 불명확한 효능으로 인해 제약시장에서 퇴출당한 이후, 현재 새로운 패혈증 치료제 개발이 시급한 실정이다.

 

패혈증 환자를 중증 정도에 따라 초기패혈증, 중증 패혈증, 패혈 쇼크로 구분하고 혈액 속에서 분비된 TGFBIp가 정상군에 비해 점차 증가함을 확인했다. 뿐만 아니라, 패혈증을 일으키는 물질인 Lipopolysacharide (LPS)와 패혈증 동물모델인 Cecal Ligation and Puncture (CLP)에 의해 TGFBIp가 세포와 생쥐에서 증가됨을 확인함으로써 TGFBIp이 패혈증을 진단할 수 있는 마커로서의 가능성을 제시했다.

 

TGFBIp을 Knockout 시킨 쥐를 사용하여 CLP로 유도된 패혈증 쥐모델에서 그 생존률이 대조군에 비해 60% 증가함을 확인하였다. 또한 인체 혈관내피세포인 HUVECs에서 LPS에 의해 TGFBIp의 수용체인 αvβ5 인테그린이 과발현 되는 것을 확인했다. TGFBIp이 패혈증을 일으키는 기전으로 TGFBIp는 혈관 장벽 투과성을 증가시켰고, 증가된 혈관투과성은 αvβ5 인테그린의 기능을 억제시키는 항체 또는 shRNA로 knockdown 시킨 HUVEC과 knockout시킨 쥐를 이용해 TGFBIp와 αvβ5 인테그린이 결합에 의한 것임을 밝혀냈다. 뿐만 아니라, 혈관 내피 세포의 투과성이 증가될 때, G-actin이 dimer를 형성하여 F-actin 재배열을 일으키고 cell junction 파괴를 일으키는 것을 관찰되었다. 이를 αvβ5 인테그린을 억제시켰을 때 혈관 투과성이 회복되는 것을 확인하였다.

 

혈관염증을 유발하는 기전에서 가장 중요한 것은 백혈구가 혈관내피세표에 부착하고 그 이후에 염증부위로 이동하는 것이다. 그리고 이 두 과정에서 중요한 것은 세포부착단백질의 발현이 증가하는 것이다. 실제로, TGFBIp는 세포부착단백질의 발현을 증가시켜 백혈구의 부착 및 이동을 매개함으로써 패혈증이 유발됨을 세포와 생쥐에서 확인을 하였다.

 

 

패혈증은 혈액이 세균에 의해 감염이 되고, 증식한 세균이 만들어내는 각종 독소가 혈관을 통해 전신으로 이동하여 그 독성을 퍼뜨리기 때문에 패혈증 특이적인 초기 진단법이 필요하며, 임상적 치료는 특별한 치료제가 없어 치료제 개발이 시급하다.

본 연구에서는, 패혈증 환자 군에서 패혈증의 중증도에 따라 그 TGFBIp 단백질의 농도가 증가함을 보고함으로써 패혈증을 진단할 수 있는 새로운 진단법을 제시하였다. 뿐만 아니라, TGFBIp 단백질이 패혈증을 일으키는 정확한 기전과, TGFBIp 단백질의 농도를 조절하고 함으로써 패혈증을 치료할 수 있는 새로운 길을 열었다고 할 수 있다.

 

이번 성과 뭐가 다른가		패혈증 환자의 혈액 속에서 TGFBIp가 높은 농도로 분비됨을 확인하고, 혈관내피세포에서 TGFBIp가 인테그린αvβ5을 통해 패혈증을 일으키는 기전을 규명하였다.
어디에 쓸 수 있나		패혈증 환자의 중증도(초기 패혈증, 중증 패혈증, 패혈쇼크)를 진단할 수 있는 진단법 개발의 기초자료가 될 수 있다. TGFBIp와 αvβ5 인테그린의 상호작용을 억제하는 저해제를 개발하여 패혈증의 치료제 개발을 기대할 수 있다.
실용화까지 필요한 시간은		TGFBIp 억제제와 TGFBIp와 αvβ5 인테그린 결합저해제(항체, 펩타이드, 합성약물) 개발 스크리닝과 전임상 효능을 분석한 후 임상시험 등의 과정이 필요할 것으로 생각된다.
실용화를 위한 과제는		다양한 감염원으로 발병되는 패혈증 환자들에 통용될 수 있는 최적화된 약물 개발과 중증 정도에 따른 효능을 위한 검증이 관건으로 생각된다.
연구를 시작한 계기는		중증 혈관 염증 기전을 연구하던 중 TGFBIp가 혈소판을 활성화시켜 혈전형성을 촉진한다는 연구논문을 읽고, TGFBIp가혈관 염증 과정을 조절하는 새로운 인자가 될 수 있을 것이라고 가정하여 연구를 시작하였다.
꼭 이루고 싶은 목표는		새롭고 특이적인 패혈증 진단 마커들을 발굴하고 그 기전을 규명할 뿐만 아니라 관련 약물 후보물질들을 발굴함으로써 혈관염증을 치료하는 신약개발에 대한 초석이 되었으면 한다.
신진연구자를 위한 한마디		생명과학과 연계된 질병에 대한 근본적인 이해와 이를 바탕으로 한 호기심과 도전정신을 갖기를 권한다. 항상 동료와의 질문 및 토론을 통해 자신의 연구 영역을 넓히는 노력을 멈추지 않길 바란다.

 

 

○ 저널표지가 파란색이어서 일명 Blue Journal로 많이 알려진 중환자 의학(Critical Care Medicine) 또는 순환기계(Respiratory system) 분야 최상위 국제 학술지

(Impact factor: 11.041)

 

○ 미생물에 감염되어 전신에 심각한 염증 반응이 나타나는 병

○ 체온이 38도 이상으로 고열 증상 혹은 36도 이하로 내려가는 저체온증, 호흡수가 분당 24회 이상으로 증가(빈호흡), 분당 90회 이상의 심박수(빈맥), 혈액 검사상 백혈구 수의 증가 혹은 현저한 감소 중 두 가지 이상의 증상을 보이는 경우, 이를 전신성 염증 반응 증후(systemic inflammatory response syndrome; SIRS)이라고 부른다. 이러한 전신성 염증 반응 증후군이 미생물의 감염에 의한 것일 때 패혈증이라고 한다.

 

○ 인간 탯줄의 혈관 내피에서 유래한 세포로 혈관 내 혈액응고의 조절과 혈관투과성 조절, 물질교환, 백혈구세포와의 상호작용에 의한 생체방어 등 다채로운 기능을 가지고 있다.

 

○ 감염에 의한 염증 반응이 혈관 내피 세포에 일어났을 때, 혈관 내피세포 사이의 간격이 벌어지는 현상을 말한다. 혈관 투과성이 증가되면 혈액 속 면역세포들이 조직 속으로 침투하여 염증 반응을 증폭시킨다.

 

 

 

a. 21명의 정상군과 중증도에 따라 구분된 패혈증 환자의 혈장에서의 TGFBIp 농도를 효소면역분석법(ELISA)을 통해 측정하였다. 패혈증 중증도에 따라 혈장에 존재하는 TGFBIp가 증가되는 것을 확인하였다.

 

b. CLP 수술로 유도한 패혈증 마우스 모델에서 날짜별 혈장 속의 TGFBIp 농도 확인 결과 시간 의존적으로 증가되었다. 패혈증이 진행될수록 TGFBIp가 분비되는 것을 생쥐 모델을 통해서 알 수 있다.

 

c, d. 혈관 내피세포와 혈소판에 염증을 유도하는 지질다당류(LPS) (100ng/mL)를 시간별로 처리한 다음 세포와 배양액에서 TGFBIp가 발현되었는지를 단백질발현분석법(c)과 효소면역분석법(d)으로 확인했다. 시간이 경과될수록 세포내에 존재하던 TGFBIp가 배양액으로 분비되는 것을 확인하였다. 패혈증이 진행될수록 혈액 속에 TGFBIp가 분비되는 것을 혈관내피세포를 이용하여 알 수 있었다.

 

TGFBIp 발현이 억제된 생쥐에 맹장 결찰과 천자(CLP)로 패혈증을 유도한 후 생존율을 관찰한 결과 정상생쥐에 비해 생존률이 60% 증가되었다. 각 그룹당 쥐는 20마리씩을 대상으로 하였다.  

 

혈관내피세포(HUVECs)에 지질다당류(LPS)를 각각 3시간(왼쪽)과 48시간(오른쪽) 처리한 후 TGFBIp가 결합할 수 있는 인테그린의 발현량을 세포자동해석-분리장치(FACS)로 확인했다. αvβ3 항체(녹색)와 αvβ5 항체(빨간색)를 사용하여 확인한 결과 그래프가 오른쪽으로 더 많이 이동한 것을 볼 수 있다. 이는 혈관내피세포가 염증이 일어났을 때 TGFBIp를 분비하고, 결합할 수 있는 수용체 αvβ5 인테그린의 발현을 현저히 증가시켜 염증을 증폭시키고 패혈증을 유도하는 가능성을 시사하는 것으로 보인다.