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연골세포의 분화 및 퇴행의 분자적 조절기구와 제어방법

1. 연골세포분화와 연골 및 골조직의 형성

연골세포 (chondrocytes)는 발생과정에서 간충직세포 (mesenchymal cell)로부터 분화하여 연골조직 (cartilage)을 형성한다. 다른 유형의 조직과는 달리 연골은 단지 연골세포 한 종류만으로 구성되어 있으며, 형성된 연 골조직은 관절연골과 같이 영구적인 연골조직으로 남아있거나 발생과정에서 경골 (bone) 형성을 위한 주형으로 작용한다. 즉 endochondral bone formation 과정에서 분화된 연골세포는 비대연골세포 (hypertrophic chondrocytes)로 성숙되고 이어 세포고사 (apoptosis)에 의해 빈공간을 남기게되면 이 공간을 따라 혈관이 형성되어 조골세포 (osteoblast)가 유입됨으로서 경골을 형성하게된 다 (1,2).

2. 연골세포의 분화, 탈분화 및 재분화

연골세포의 가장 큰 특징 중의 하나는 분화된 특성을 소실하는 탈분화 (de-differentiation) 현상과 탈 분화된 세포의 재분화 (re-differentiation)와 같이 그 phenotype이 매우 가변적이다 (1,2). 즉 생체내에서의 관절염과 같이 퇴 행성 질환이나 생체외에서 interleukin (IL)-1β 혹은 retinoic acid에 의해서 그리고 계대배양 (serial monolayer culture)에 의해 탈분화가 일어나 fibroblastic 세포로 전환되며, 탈분화된 연골세포는 alginate 혹은 agarose gel 및 pellet culture 등에 의한 3차원 배양에 의해 다시 연골세포의 특성을 나타내는 재분화 현상이 일어난다. 연골세 포의 이러한 특성변화를 연구하기 위한 생체외 모델시스템으로의 세포배양 방법이 확립되어 있으며 이는 다음 그림에 요약된 바와 같다.

연골세포의 분화는 세포-세포간의 결합에 의한 세포응축 (precartilage condensation)에 의해 시작되 고 세포응축은 연골결절 (cartilage nodule)로 발전하며 실제 분화된 연골세포는 연골결절에 존재한다 (1,2). 생체내에서의 연골 세포분화는 계배 (chick embryo)의 wing bud에서의 경우 embryonic day 5에 관찰되며 (다음 그림 참조), 생체외에서는 간충직세 포 를 limb bud 말단으로부터 추출하여 이를 미세배양 (micromass culture) 함으로서 연골세포분화 (chondrogenesis) 를 유도할 수 있다. 다음 그림에서 보는 것처름 미세배양 3일째부터 연골세포의 표지 분자인 type II collagen의 발 현과 sulfated proteoglycan의 합성이 일어남을 확인할 수 있다. Sox-9과 같은 전사인자 등이 생체내.외에서의 연골세포 의 분화를 유도하는 요인으로 알려져 있으나 아직 분화 유도인자나 신호전달체계 등 분자적 조절기구는 명확히 규명되지 않고 있다.

본 연구진의 결과에 의하면 계배 간충직세포가 미세배양에 의해 연골세포로 분화하는 과정은 extracellular signal regulated kinase (ERK)-1과 p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase에 의해 길항적으로 조절된다. 즉 ERK-1의 활성은 분화 과정에서 줄어들며 ERK를 억제하면 분화가 촉진되고, 반대로 ERK의 활성화는 분화 를 억제한다. ERK의 활성은 protein kinase C (PKC)α에 의해 조절되며, 반면에 PKCα와 무관하게 p38 MAP kinase의 활성은 분화 중 에 증가하고 이를 억제하면 분화 또한 억제된다. PKCα의 발현 및 활성은 분화초기에 낮으나 분화가 진행될수록 증가 하고 PKCα의 저해 혹은 down-regulation은 분화를 억제한다. PKCα의 발현 및 활성은 protein kinase A (PKA), phosphatidylinositol-3 kinase, p70 S6 kinase에 의해 조절된다. Apical ectodermal ridge (AER)에서 분비되어 연골세포의 분화를 억제하 여 limb의 outgrowth를 유발하는 epidermal growth factor (EGF)의 경우 PKCα, ERK, p38 MAP kinase의 활성을 조절하여 연골세포분화를 억제한다 (3-7).

다음 그림에 요약된 바와 같이 연골세포의 탈분화 및 재분화를 연구하기 위한 모델시스템으로서 가장 빈 번히 사용되는 것은 토끼 관절연골세포를 계대배양하거나 IL-1β 혹은 retinoic acid를 처리하는 것이며, 탈분화된 연골세포는 alginate 혹은 agarose gel 및 pellet culture 등에 의한 3차원 배양에 의해 다시 연골세포의 특성을 나타내는 재분화 현상이 일어난 다. 관절 연골세포를 저밀도 단층배양하면 passage 1에서부터 type II collagen의 발현이 급격히 줄어들고 대신 fibrblast의 특징인 type I 및 III collagen의 발현이 일어난다. 반면 탈분화된 연골세포를 alginate gel 상에서 3차원 배양을 하면 분화된 연골세포의 형질 즉 type II collagen의 발현이 배양 2일째부터 나타나는 재분화가 일어난다 (8).

3. 연골세포 퇴행의 분자적 조절기구

관절내 정상적 연골세포는 대사적 활성은 있으나 증식 및 연골기질분자 (extracellular matrix: ECM) 의 합성이나 분해 등은 매우 느리게 일어난다. 그러나 이러한 항상성의 유지는 연골세포의 퇴행성 반응에 기인하는 골관절 염 (osteoarthritis) 등 퇴행성질환의 경우 아직 정확인 원인이나 분자적 조절 메카니즘은 규명되지 않았지만 정상적 연골세포와 는 매우 다른 양상을 띄게된다. 연골세포의 퇴행성 반응은 다음 그림에 요약된 바와 같이 1) 연골세포에 의한 이화작용 및 동화작용 사이의 불균형 으 로 인한 염증성 cytokine의 분비와 이에 따른 matrix metalloproteinase (MMP)의 합성 및 활성화로 연골조직을 구성하는 ECM 분자의 분해, 2) 연골세포의 특성이 소실되는 탈분화 (dedifferentiation)에 의한 ECM 합성감소, 3) 연골세포의 고사 (apoptosis), 4) 염증성 cytokine의 분비에 의한 염증반응 등이며, 이러한 연골세포의 퇴행성 반응은 궁극적으로 연골 조직을 파괴하고 퇴행성관절염 등을 유발한다 (9-13).

3-1. MMP와 연골조직의 파괴.

퇴행성관절염에서 관절연골조직의 파괴는 기본적으로 관절연골조직의 항상성 소실에서부터 시작된다 (14). 정상적인 관절에서는 ECM 물질의 합성과 항상성 유지에 관여하는 이화학적 또는 동화학적인 경로가 균형을 이루고 있어 연골세포는 sulfated proteoglycan (aggrecan)과 type II collagen 등의 연골 특이적 ECM 단백질을 합성한다. 그러나 연골 ECM 합성 및 분해의 항상성은 퇴행성 관절염과 같은 질환의 연골조직에서는 우선 MMP 합성 및 활성화에 의해 파괴된다. 퇴행성관절염 조직에서 MMP-1 (collagenase-1), MMP-2, MMP-3 (stromelysin-1), MMP-8 (neutrophil collagenase), MMP-9 (gelatinases), MMP-13 (collagenase-3), 그리고 광범위한 기질특이성을 가지는 MMP-7 (matrilysin) 등의 발현 및 활성 이 증가하며 이러한 현상은 IL-1β 및 tumor necrosis factor (TNF)α과 같은 염증성 cytokine에 의해 유발된 다 (11,12). 연골조직의 보존은 type II collagen, proteoglycan 그리고 fibronectin과 같은 부수 적인 단백질에 의하며 이러한 분자들은 연골세포에서 합성되어 조직을 이룬다. 특히 agreecan은 관절 내 proteoglycan중에서 가장 중요한 역할을 하며, agreecan의 interglobular domain (IGD)이 활성화된 stromelysin-1에 특히 민감하 며 agreecanase의 기능을 가진 MMP-8과 MMP-13이 agreecan의 IGD을 분해한다. Agreecan의 분해가 연골조직 의 파괴에 중요하지만 관절조직의 궁극적인 파괴는 연골 collagen의 소실에 의한다. 따라서 type II collagen의 helical domain을 분해하는 MMP-1, type IX 와 type XI collagen 을 분해하는 stromelysin-1 (MMP-3) 등이 연골조직의 파괴에 관여한다 (14).

연골세포와 활막세포에서 MMP들은 latent pro-enzyme으로 합성되어 OA 과정 중에 활성화 되는데, 따라 서 연골조직의 퇴행을 제어하기 위해서는 MMP의 활성을 억제함으로서 관절 ECM의 분해를 억제하는 경구적인 저해제의 개발이 관 절염 치료에 중요한 목표가 될 수 있다. MMP의 활성은 TIMP (Tissue Inhibitor of Metalloproteinases)에 의해 조절되며 골관절염 관절연 골 조직에서 TIMP-1, TIMP-2, TIMP-3의 발현이 증대되나 연골세포에 의해 생성된 MMP의 수준을 저해하기에 는 불충분하다. 따라서 연골 ECM의 파괴를 저해하기 위해 더 효율적으로 MMP를 저해할 수 있는 TIMP에 대한 연구도 활발히 이루 어지고 있다. 한편 연골조직에서 MMP의 활성조절은 IL-1β 및 TNFα과 같은 염증성 cytokine에 의해 유발됨으로 MMP 발현증가와 관련 된 IL-1과 TNF 활성의 인위적인 조절은 관절염 치료에 새로운 표적이 된다. 즉 recombinant human IL-1 antagonist (ILRA)와 용해성 IL-1 receptor 단백질을 골관절염 실험동물에 투여할 경우 실제 MMP-3의 활성이 감소하 며, 또한 용해성 IL-1 receptor antagonist는 토끼 관절활액 세포주인 HIG-82에서 MMP-3의 전사를 저해한다 (14).

3-2. 연골세포의 탈분화 및 재분화와 연골조직의 파괴.

연골조직의 파괴는 MMP 등에 의한 연골기질의 분해뿐만 아니라 연골세포의 탈분화에 의한 연골기질분자 의 합성감소 역시 관여한다. 연골세포의 탈분화는 IL-1β 및 TNF-α 등의 염증성 cytokine, EGF 등의 성장인자 등의 다양한 요인에 의해 유발된다 (9-12). 염증성 cytokine의 경우 다음 그림에 요약한 바와 같이 inducible nitric oxide synthase (iNOS) 에 의한 nitric oxide (NO)의 생성으로 유발되는 것으로 생각된다 (13). 그러나 이러한 인자에 의한 연골세포의 탈분화 유발의 분자적 조절기구는 많이 연구되지 않았으며 본 연구진의 결과에 의하면 다양한 신호전달계가 관여하는 것으로 밝혀졌다. NO 에 의한 연골세포의 탈분화 조절기구를 규명하기 위해 토끼 관절 연골세포에 NO donor인 sodium nitroprusside를 처리하여 직접적으로 NO 생성 을 유발하면 연골세포의 탈분화와 세포고사를 동시에 유발한다. NO에 의한 apoptosis 및 탈분화는 ERK-1/-2 및 p38 kinase의 길항 적 작용에 의해 조절되는데 활성화된 ERK-1/-2는 연골세포의 탈분화를 유도하고 반대로 p38 kinase 는 분화된 연골 세포의 표현형유지에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다 (15).

한편 계대 배양에 의한 연골세포의 탈분화는 다음 그림에 요약된 대로 PKCα 및 ERK의 활성에 의해 조 절된다. 계배 간충직세포가 미세배양에 의해 연골세포로 분화하는 과정서 PKCα의 발현과 활성은 증가하며 이는 ERK의 활성을 감소시 킴으로서 연골세포 분화를 조절한다. 그러나 계대배양에 의해 유도된 연골세포의 탈분화는 PKCα 및 ERK의 독립적인 활성에 의해 조절된다. 즉 연골세 포에서 증가된 PKCα의 발현 및 활성은 분화된 연골세포의 특성을 유지하는데 필요하며 만일 발현 및 활성이 소 실되는 경우 탈분화 가 일어난다. 반대로 ERK의 활성은 연골세포 분화 과정에서 감소되고 감소된 ERK의 활성은 연골세포의 표현형 유지에 필수적이며 만일 활성 이 증가하면 탈분화를 유도한다 (8).

한편 PKC 및 MAP kinase에 의한 연골세포의 분화 및 탈분화 조절외에 β-catenin이 중요한 조절인자임 이 본 연구진에 의해 밝혀졌다. N-cadherin에 의한 세포간 결합은 연골세포의 분화과정동안 세포응축과 연골결 절형성 모두에 있어서 중요한 조절자로서의 역할을 한다 (1,2). 연골세포 분화동안 N-cadherin의 발현조절의 중요성과 더불어 N-cadherin과 연관된 세포골격 의 구성성분인 α-catenin과 β-catenin의 발현도 또한 연골세포의 분화과정동안 중요한 역할을 할 것으로 믿어진 다. 이러한 세포골 격을 이루는 성분으로서의 중요성 뿐만 아니라 β-catenin은 전사활성인자로서 작용함으로써 여러 유전자발현의 조절에 연관한다. 즉 wnt 등의 신호에 의해 β-catenin은 26S proteasome을 통한 ubiquitin-dependent proteolytic degradation 과정에서 빠져나오게 되고, 축적된 β-catenin은 핵안으로 이동하여 표적세포의 전사를 유도 하는 전사인자인 T cell-factor (TCF)/Lymphoid-enhancer-factor (LEF)와 결합함으로서 유전자발현을 조절한다 (16,17). 본 연구진의 결과에 의하면 다음 그림에서 요약 된 바와 같이 연골세포 분화 과정에서 β-catenin의 발현은 줄어들고 반대로 관절연골세포의 탈분화 과정은 β-catenin의 발현증가를 수반하며 증가된 β-catenin은 재분화 과정에서 다시 감소한다. β-catenin의 분해를 저해하거나 ectopic expression에 의해 β-catenin 을 인위적으로 증가시킬 경우 연골세포의 분화가 억제되며 이는 세포-세포간의 접착을 안정화시켜 분화를 억제한다. 반 대로 β-catenin의 인위적인 발현증가는 연골세포의 탈분화를 유도하는데 이는 β-catenin이 tranional co-activator로 작용함 으로서 유전 자 발현을 조절하기 때문인 것으로 밝혀졌다 (18).

연골세포의 탈분화를 유도하는 분자적 조절기구는 현재 지속적으로 밝혀지고 있고 이러한 연구는 연골 세포의 탈분화 제어기술의 확립에 중요하며 탈분화 억제나 혹은 탈분화된 세포의 재분화 유도 기술은 손상된 연골조직의 cell therapy나 tissue engineering에 의한 연골조직의 재생에 필요한 연골세포의 대량생산 (mass cell production)에 있어서 해결되어야 할 과제이 다.

3-3. 연골세포의 세포고사와 연골조직의 파괴.

연골조직의 파괴에서 연골세포의 고사 또한 중요한 역할을 수행한다. 연고세포의 고사는 다양한 요인에 의해 일어날것으로 생각되지만 염증성 cytokine에 의한 NO의 생성이 중요할 것으로 생각된다. NO는 연골세포의 탈분화를 유도할 뿐만 아니라 연 골세포의 고사를 유발하고 MMP를 조절하는 것으로 알려져 있다. 실제 iNOS를 억제했을 경우 연골조직과 연골세포의 퇴행이 저해하 고 또한 iNOS의 억제제인 N-iminoethyl-L-lysine (L-NIL)을 처리했을 경우 연골조직의 손상과 세포고사를 억제한다 (13).

다음 그림에 요약된바와 같이 토끼 관절 연골세포에 NO를 직접적으로 생성시키면 연골세포의 고사와 탈 분화를 유발하며 이는 ERK와 p38 kinase의 길항적 작용에 의해 조절된다. NO에 의해 활성화된 ERK-1/-2는 연골세포의 탈분화를 유도함과 동시에 NO에 의해 유도된 세포고사를 억제하는 역할을 하는 반면, p38 kinase는 분화된 연골세포의 표현형유지에 중요한 역할을 하 며 동시에 세포고사의 유발신호로 작용한다 (15).

p38 kinase에 의한 연골세포의 고사는 p38 kinase에 의한 p53 단백질의 활성조절을 통해 조절된다. 즉 p38 kinase의 활성화는 NFκB를 활성화 시키고 이는 p53 유전자의 전사 (tranion)를 유도하고 동시에 p38 kinase 는 p53 단백질을 직접적으로 serine-15 잔기를 인산화시켜 p53 단백질의 반감기를 증가시킴으로서 전체적으 로 p53 단백질의 농도를 증가시킨다. 증가된 p53 단백질은 pro-apoptotic signal로 작용하는 Bax의 발현을 유도하여 cytochrome c 방출 및 caspase-3의 활성화를 유도하여 연골세포의 고사를 조절한다 (19).

한편 PKC 역시 NO에 의한 연골세포의 고사를 조절함이 밝혀졌는데 p38 kinase의 활성화에 의해 PKCζ 의 활성이 감소되고 또한 p38 kinae와 무관하게 PKCα의 발현이 감소함으로서 활성이 감소한다. NO에 의한 PKCα 및 ζ의 활성감소 는 NFκB의 활성을 유도하고 이는 다시 p53 단백질의 발현에 관여한다. 또한 연 골세포의 고사와 더불어 PKCα 및 ζ의 활성 감소가 연골세포의 탈분화를 유도한다 (20).

관절염 연골조직은 연골세포의 고사를 수반함으로 따라서 연골세포의 고사에 대한 분자적 수준의 이해 와 고사를 저해할 새로운 방법의 연구는 궁극적으로 연골조직의 퇴행을 제어할 표적으로 작용할 수 있을 것으로 생각된다.

3-4. 연골세포와 염증반응.

관절염 관절조직에서 대량 생산되는 prostaglandin (PG)인 PGE2는 연골조직 염증반응의 대표적인 매개 체 이다. PG는 cyclooxygenase (COX)에 의해 생성되며 염증성 cytokine은 연골세포 및 활막세포에서 COX-2의 발현을 증가시킴으로서 염 증반응을 유발한다. 실제 관절염 실험동물 모델에서 COX-2 저해제의 주입은 관절의 염증을 저해하는 것으로 알려져 있으며, 각종 COX-2 저해제는 대표적인 소염진통제로 이용되고 있다. COX-2는 다양한 세포에서 cytokine과 성장인자와 같은 자극인자에 의해 신속히 발현이 유 도되며, COX-2 발현의 분자적 기작에 대해서는 불분명하지만 전사단계와 전사후 단계 모두에서 일어나는 것으로 알려져 있다. COX-2 유전자의 promoter 구조는 여러 세포에서 COX-2의 전사를 조절하는 것으로 알려진 NFκB와 C/EBP 등의 전사인자가 결합하는 부위를 포함하고, mRNA의 3' 말단 부위에 의해 mRNA의 stability가 조절된다. 이러한 COX-2의 발현은 ERK-1/-2, p38 kinase, JNK 와 같은 MAP kinase와 PKC 등 다양한 신호전달계가 관여한다 (21,22). 본 연구진의 최근 결과에 의하면 관 절 연골세포에서 IL-1β에 의한 COX-2 발현 증가는 β-catenin의 축적을 수반하고, β-catenin의 분해를 저해하거나 ectopic expression에 의해 β-catenin을 인위적으로 증가시킬 경우 COX-2의 발현이 증가됨으로 보아 연골세포에 서 β-catenin 의 축적은 tranional co-activator로 작용하여 COX-2의 발현을 유도함을 밝혔다. 또한 β-catenin의 축적은 cartilage explants culture, 골관절염조직, 그리고 류마티스 관절염조직 모두에서 증가하고 이 는 증가된 COX-2 발현과 연고 나이 있음으로 보아 β-catenin의 축적이 연골조직의 염증반응과 밀접히 연관되어 있음을 알 수 있다 (23).

TNFα와 IL-1β는 연골조직의 파괴와 염증반응을 촉진하는 매우 강력한 cytokine으로서 이들은 골 및 류 마티스 관절염의 진행에 주요한 작용을 하며 파골세포와 synovial 섬유아세포 및 연골세포와 같은 간충직 세포를 자극하 는 것으 로 알려져 있다. 염증성 cytokine에 의해 활성화된 연골세포는 연골을 파괴하는 MMP의 발현을 유도하고 PG 및 NO와 같은 염증성 매개물을 생 성하며, ECM의 분해를 가속화하는 한편 proteoglycan이나 type II collagen의 발현을 억제한다. 또한 연골세포는 이들 cytokine에 반응하 여 ICAM-1과 VCAM-1의 발현을 유도하여 염증관절에서 T세포와 결합을 유도하여 염증반응을 유도하 고 chemotactic protein-1 (MCP) 등의 발현을 유도하여 chemotaxis에도 관여한다. 연골세포에서는 아직 명확한 기작은 알려져 있지 않지 만 ICAM-1 및 VCAM-1 그리고 MCP-1 등의 발현 조절은 NF?B 등의 전사인자와 MAP kinase의 subtype인 p38 kinase, JNK, ERK를 비롯하여 PKC, sphingosine kinase, tyrosine kinase, cPLA2 등의 신호전달분자가 관여한다 (24,25).

4. 연골세포 및 조직의 퇴행과 제어방법

연골조직의 퇴행은 점진적이고 비가역적으로 일어나 삶의 질을 떨어뜨리는 퇴행성관절염의 가장 직접적 인 원인이다. 우리나라에서는 방사선 소견상 55세 이상에서 80%, 70세 이상에서는 거의 전인구가 퇴행성관절염을 나타내며 이 중 약 1/4 정도가 임상 증세를 나타내는 대표적 퇴행성질환이다. 고령화 사회에서 발생빈도가 가장 높은 퇴행성질환인 골관절염 등의 연골관련 질병은 현재는 대증적 약 물 치료 및 수술 등의 방법에 의존하고 있다. 발생빈도가 지속적으로 증가하고 있는 관절염의 경우, 2000년도 관절염 치료제로서의 소염진통제 에 대한 국내시장의 규모가 약 1,000억원대에 이를 정도로 그 사회적 비용은 거의 천문학적 수치에 달한다. 지난 수십 년 동안 퇴행성관절염의 제어를 위해 많은 연구와 노력이 있어 왔지만 아직 그 병리적 원인이나 근본적인 치료방법이 개발되지 않고 있다. 현재까지는 수술적 방법 외에는 항 염 증제 등을 통한 통증완화 등에 그치고 있으며 연골보호제 (히알루론산, 글루코사민, 콘드로이틴) 등이 개발되었으나 이들은 연골세포의 보호제 로서 세포보호, 충격완화, 연골영양공급, 연골대사 보강에 관여하나, 세포 및 조직의 퇴행반응과 연골생성촉진 및 재생유도 등에는 그 효과가 확 립 되지 않았고 또한 연골세포의 퇴행에는 아무런 영향이 없다.

퇴행성관절염 치료방법

연골세포 및 조직의 퇴행적 반응의 분자수준에서의 이해는 연골조직의 퇴행을 제어할 많은 표적들을 제 시한다. 예를 들면 연골 ECM의 파괴를 저해하기 위한 MMP의 활성 억제와 TIMP의 활성조절, recombinant human IL-1 antagonist (ILRA)와 용해 성 IL-1 receptor의 투여, 연골세포 고사의 저해, COX-2의 선택적 저해 등이 시도되고 있다. 최근 새로이 시 도되고 있는 것은 생체외에서 배양된 연골세포 혹은 골수에서 유래된 미분화성간충직 세포를 연골세포로 분화시켜 세포 및 조직을 이식하거나 유전자도입에 의한 연골재생을 유도하는 cell therapy, tissue engineering, gene therapy 등이 시도되고 있다. 그러나 세포 및 조직공 학적 치료법은 chondroprogenitor 세포 및 다량의 건강한 연골세포를 획득하는 것이 필수적이므로 세포증식과 정에 수반되는 연골세포의 탈분화의 억제와 효율적인 재분화의 유도 기술 등이 필요하다. 일부 유전자를 이용한 유전자 치료법이 시 도되고 있으나 유전자 이식기술의 부족 그리고 이식된 유전자의 활성감소 등으로 해서 아직은 시도단계에 불과하다 (26).

4-1. Cell therapy 및 tissue engineering에 의한 연골조직재생.

골관절염에서 손상된 연골조직을 재생시키기 위해 분화된 연골세포를 증식시켜 자가동종 이식하는 cell therapy가 이용된다. 실제 분화된 연골세포를 적절한 조건으로 생체외에서 배양하면 연골 특이적 기질을 합성하고, 실험적 및 임상적 시험 에서 적어도 80%의 환자에서 효과를 나타냄이 밝혀졌다. 또한 적절한 담체를 이용하여 생체외에서 연골조직을 재생하고 이를 이식하는 조직공 학적 접근이 실험적으로는 최소한 성공적으로 시도되고 있다. 그러나 현재 이식된 연골세포 및 조직의 long-term fate는 완전히 규명되지 않아 이러한 접근 방법에 대한 보다 많은 연구를 필요로 한다. 또한 세포 및 조직공학적 접근은 연골세포의 대량증식 과정에 수반되는 탈분화 현상의 효과적인 억제방법 혹은 탈분화된 세포의 재분화 유도방법의 해결을 전제로 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로서는 periosteum과 bone marrow로부터 연골세포의 stem cell 혹은 chondroprogenitor cel을 분리해서 이용하는 방법이다. 즉 chondroprogenitor 세포를 직접적으로 손상된 연골 조직에 주입하거나 생체외에서 연골세포로 분화시켜 주입하는 방법으로 서 실험적으로는 충분한 가능성을 가지는 접근방법이다. Chondroprogenitor 세포를 직접 주입하는 경우 이식 후 4주 정도에 연골세포로 분화가 되고 연골조직을 형성하지만 1년 정도 후에 cartilage의 표면이 주위의 정상 연골조직보다 거칠고 두꺼워지는 등 완전한 연골조직의 재생이 이 루어지지 않아 보다 많은 연구가 특히 이식할 progenitor 세포의 질과 수, 적절한담체 혹은 delivery vehicle의 분야에서 필요할 것으로 생각된다 (26).

4-1. Gene therapy에 의한 연골조직재생.

Gene therapy는 손상된 연골조직의 재생을 위한 또 다른 대안으로 생각된다. 성공적인 gene therapy를 위해서는 사용할 유전자, 유전자의 delivery, 유전자의 장기적인 발현조절 방법 등이 먼저 해결되어야한다. 현재 실험적으 로 시도되고 있는 유전자로서는 IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra), soluble TNF receptor (sTNFR), 그리고 transforming growth factor-βbeta (TGF-β)가 있다. 예를 들면 retrovirus를 이용한 sTNFR의 발현과 TGF-β의 plamid DNA에 의한 발현은 류마티스 관절염 증상을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. Gene therapy에 있어서 얼마나 효과적으로 선택한 유전자를 연골조직에 도입하는가하는 유전자 delivery 시스템 역시 매우 중요한 요인으로서 retrovirus, adenovirus, 그리고 adeno-associated virus 등이 가 시도되고 있다. 마지막으로 도입된 유전자가 얼마나 장기적으로 발현되느냐는 것도 또 다 른 gene therapy의 성공여부를 결정하는 요인으로서 몇몇 실험적인 경우 유전자 발현이 일시적인 현상이 관찰되어 에에 대한 연구도 필 요한 것으로 생각된다. 관절염에 있어서 cell therapy, tissue enginnering, 그리고 gene therapy 등은 연골조직의 재생은 단지 파괴된 연골조직 의 복원뿐만 아니라 연골조직 손상의 진행을 막을 수 있는 강력한 대안으로 여겨진다 (26).

참고문헌

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