바이오인

핵심내용

- 항산화 산화환원 신호(ARS)誌 발표,“아세트아미노펜 과량 복용으로 인한 부작용인 급성 간손상을 최소화할 수 있는 신약 발굴 및 기전 연구”-

 □ 국내 연구진이 아세트아미노펜(Acetaminophen) 과량 복용으로 인한 급성 간독성을 효과적으로 억제하고 간 기능을 보호할 수 있는 물질(네크록스-7, NecroX-7)의 작용 기전을 규명하였다.

 ○ 네크록스-7(NecroX-7)은 국내 L 社에서 개발된 합성 저분자 물질로, 활성산소와 활성질소를 제거하는 능력을 지니고 있다. 특히, 미토콘드리아*에 특이적으로 작용하는 강력한 항산화물질로서 활성산소/활성질소**에 의해 유도되는 세포괴사에 탁월한 효과가 있는 것으로 보고된 바 있으며, 이를 바탕으로 최근 심근경색에 대한 적응증으로 임상 승인(식약청. 2012.10.19)을 받았으며, 조만간 임상 시험에 착수할 예정이다.

     * 미토콘드리아 : 생명활동을 위한 에너지를 생산하는 주요 세포 소기관
     ** 활성산소/활성질소 : 산소와 질소가 세포호흡과정 중 변환된 매우 반응성이 큰 물질

□ 아세트아미노펜은 비교적 안전한 진통·해열제이나 일일 최대량인 6,000 mg(알약 12개 분량) 이상을 섭취하거나 알코올과 함께 섭취시 간손상을 유발한다.

 ○ 간은 재생능력이 뛰어난 장기로서, 손상된 간세포는 제거되고 새로운 간세포로 대체되지만 지속적이거나 과도한 손상을 입게 되면 손상을 입은 세포 주변의 세포들도 영향을 받아 결국 간 전체의 기능 소실을 초래한다.

□ 이 연구에서 권기량 교수팀은, 아세트아미노펜을 투여하여 간이 손상된 실험동물(쥐)에 네크록스-7을 함께 처리하여 간 기능이 정상으로 회복되는 과정을 규명하였다.

 ○ 일반적으로 아세트아미노펜은 간에서 대사되어 N-아세틸파라벤조퀴논이민(NAPQI)이라고 하는 독성 중간 물질로 전환된 후 항산화효소에 의해 중성화되어 혈액 및 체외로 배출되는데,

 ○ 다량의 아세트아미노펜 섭취는 과량의 NAPQI를 생성하고 이는 활성산소의 생성을 촉진하여 세포 손상을 초래한다.

 ○ 이에 대한 기존의 치료방법인 N-아세틸시스테인의 투여는 활성산소만을 제거하는 것으로, 이미 NAPQI에 의해 손상된 세포 내 소기관의 기능을 회복시키지는 못한다.

 ○ 네크록스-7은 NAPQI와 직접 결합함으로서 세포사멸을 억제할 뿐 아니라, 아세트아미노펜에 의해 유도되는 간독성에 대하여 기존의 치료제인 N-아세틸시스테인보다 뛰어난 간 기능 보호 효과를 보임을 확인하였다.

□ 연구 책임자인 권기량 교수는 “아세트아미노펜에 의해 생성되는 독성 중간 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 형태의 약물기전을 규명하였으며, 활성산소는 다양한 질환을 야기할 수 있는 물질로서 네크록스-7이 활성산소 관련 다양한 질환에 적용될 수 있으리라 기대한다.”고 연구의의를 밝혔다.

□ 충남대학교 의학전문대학원 권기량 교수(48) 연구팀의 이번 성과는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 바이오·의료기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 내분비학 및 대사(Endocrinology & Metabolism) 분야의 세계적인 학술지인 ‘항산화 산화환원 신호’(Antioxidants and Redox Signaling, ARS)지에 온라인으로 게재(’12.11.2일자)되었다.(논문명: An indole-derivative protects against acetaminophen-induced liver injury by directly binding to N-acetyl-p-benzoquinone imine in mice)

상세내용

연 구 결 과 개 요

NAPQI에 직접 결합하는 인돌 유도체에 의한 아세트아미노펜 유도 간손상의 보호
(An indole-derivative protects against acetaminophen-induced liver injury by directly binding to N-acetyl-p-benzoquinoneimine in mice)

아세트아미노펜(Acetaminophen)은 진통, 해열제로 세계적으로 널리 사용되고 있다. 하지만 일일 최대량인 6000 mg(알약 12개 분량)을 넘거나 알코올 섭취와 병행할 경우 급성 간독성을 유발할 수 있다. 아세트아미노펜은 대부분 간에서 대사되어 체외로 배출되거나, 간세포 내의 사이토크롬 P450 산화환원효소(CYP2E1)에 의해 NAPQI로 전환된 후 항산화효소를 통해 중화되어 배출되기도 한다. 과량의 아세트아미노펜을 투여하거나 알코올에 의해 CYP2E1 효소가 활성화 되면 세포의 처리능력을 초과하는 NAPQI가 생성되고 이는 에너지 생산에 중요한 미토콘드리아의 기능 이상을 초래하여 많은 양의 활성산소와 활성질소를 생성한다.

활성산소와 활성질소는 공기 중의 산소와 질소를 사용하는 과정 중에 생성되는 물질로서 세포의 기능 유지에 중요한 역할을 하지만, 세포가 처리할 수 있는 양을 초과하게 되면 오히려 세포의 정상적 기능을 저해하며 심지어 세포 사멸을 유도하기도 한다. 아세트아미노펜에 의한 간세포 사멸은 주로 세포괴사의 형태를 보이는데 이는 NAPQI에 의한 과량의 활성산소와 활성질소의 생성으로 인해 유발된다.

네크록스-7은 인돌구조를 가진 합성 저분자 물질로서 활성산소 뿐 아니라 활성질소도 제거하는 능력을 지니고 있다. 특히, 미토콘드리아에 특이적으로 작용하는 강력한 항산화물질로서 활성산소/활성질소에 의해 유도되는 세포괴사에 탁월한 효과가 있는 것으로 보고된 바 있다. 이에 착안하여 네크록스-7이 아세트아미노펜에 의해 생성되는 NAPQI와 결합할 것이라는 가설을 세우게 되었고, 분자결합구조 분석 결과 결합물을 확인할 수 있었다.

쥐를 이용한 동물실험모델에서 네크록스-7을 아세트아미노펜과 병용투여하여 간독성에 대한 보호효과를 검증하였다. 우선 네크록스-7을 물에 녹여 아세트아미노펜을 투여하기 2시간 전 또는 투여 후 1, 2, 4시간에 구강으로 투여하고, 24시간 후에 혈액과 간 조직을 분석하였다. 혈액의 간 효소 수치는 아세트아미노펜에 의해 급격히 증가하여 심한 간 손상이 일어났음을 확인할 수 있었고, 이 때 네크록스-7은 아세트아미노펜 투여 전에 처리하였을 때 거의 정상에 가까운 정도로 간 조직을 보호하였으며 2시간 후에 투여하였을 때에도 통계적으로 유의하게 간 손상을 억제하는 것을 확인하였다. 이는 네크록스-7이 NAPQI와 결합할 것이라는 가설을 뒷받침하는 결과이며, 아세트아미노펜 중독으로 인한 간 기능 손상을 회복시켜 줄 수 있다는 가능성을 제시하고 있다. 또한 간 조직을 분석한 결과 정상상태에 가깝게 간 세포를 보호함을 확인할 수 있었다.

위 실험결과에서 보듯 활성산소는 세포사멸을 유도하는 주요 인자 중 하나이다. 활성산소는 노화 과정에서 자연스럽게 생산량이 늘어나기도 하며 암, 대사성질환, 퇴행성 질환 등의 발병과정에도 관여하고 있다. 따라서 새로운 형태의 항산화물질 개발은 다양한 적용점을 가지고 있으며 네크록스-7에 관해 LG 생명과학에서 수행한 선행연구에서 보듯 허혈/재관류에 의한 간 손상도 억제하는 것으로 보아 네크록스-7은 활성산소에 의해 유발되는 질환들에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

용   어   설   명

□ ARS(Antioxidants and Redox Signaling)
 ○ “항산화 산화환원 신호”지는 내분비학 및 대사(Endocrinology & Metabolism) 분야에서 상위 4.1%(5위/122개 저널)에 랭크되는 세계적인 학술지이다(피인용지수 : 8.456).

□ 활성산소, 활성질소(Reactive Oxygen Species, Reactive Nitrogen Species)
 ○ 불안정한 형태의 산소·질소 대사 중간물질로 정상적인 세포호흡 과정에서도 생성된다. 정상적으로 기능을 하는 세포에서는 항산화효소에 의해 물로 전환되지만 미토콘드리아 이상 등으로 인해 세포가 처리할 수 있는 능력을 벗어나게 되면 세포사멸을 유도할 수 있는 매우 반응성이 큰 물질이다.

□ 아세트아미노펜(Acetaminophen)
 ○ 아세트아미노펜(acetaminophen) 또는 파라세타몰(paracetamol)로 알려져 있으며 현재 가장 널리 사용되고 있는 해열·진통제이다. 부작용은 거의 없는 것으로 알려져 있으나, 일일 권장량을 초과하거나 알코올과 함께 섭취하면 간 기능 손상을 유발한다.

□ N-아세틸파라벤조퀴논이민(N-acetyl-para-benzoquinone imine, NAPQI)
 ○ 아세트아미노펜의 중간대사 물질로 일반적으로 외부에서 유입된 화합물을 제거하는 역할을 하는 사이토크롬 P450 산화환원 효소에 의해 생성된다. 활성산소처럼 매우 반응성이 크며 세포내 물질들과 반응하여 더 많은 양의 활성산소 생성을 유발한다.

□ 미토콘드리아(mitochondria)
 ○ 세포내 소기관으로써 주로 세포호흡에 관여하며 콘드리오솜 또는 사립체(絲粒體)라고도 한다. 생명체 유지에 필요한 에너지원인 ATP를 생산하는 가장 중요한 기관이며, 크기는 0.2~3 ㎛로 모양은 생물종에 따라 각각 특징이 있고, 크기도 세포의 종류에 따라 다르지만 대개 너비 0.5 ㎛, 길이 2 ㎛ 정도 되는 것이 많다. 대개 호흡이 활발한 세포일수록 많은 미토콘드리아를 함유하고 간세포는 한개의 세포 안에 1,000∼3,000개, 식물 세포는 100∼200개의 미토콘드리아를 함유하고 있는 것으로 알려져 있다.

□ 세포괴사(necrosis)
 ○ 세포사멸의 한 형태로 ‘조절되지 않는 세포사멸’이라는 의미를 담고 있다. 다른 형태의 세포사멸인 세포자멸사(apoptosis)는 대식세포에 의해 제거되어 염증반응을 유발하지 않는 반면 세포괴사는 세포막이 유실되면서 세포 내 물질들이 방출되어 주변세포에 염증반응을 유발한다.

사   진   설   명

[그림 1] 네크록스-7과 아세트아미노펜 대사물질인 NAPQI의 결합
(A) 간, (B) 혈액에서 네크록스-7과 NAPQI 결합물질의 확인, (C) 네크록스-7, NAPQI의 구조와 결합물질의 형태 예측, (D) 화합물 크기 분석을 통한 네크록스-7, NAPQI 결합물질의 확인.

[그림 2] 네크록스-7에 의한 아세트아미노펜 유도 간 손상 억제효과
(A, B) 혈액 중 간 효소(AST, ALT)의 양을 측정하여 간 손상의 정도를 확인. 아세트아미노펜을 처리하기 2시간 전(Pre) 또는 1시간 후(Post)에 네크록스-7을 처리하고 24시간 후에 혈액을 채취하여 간 효소의 양을 측정함. (C) 간 조직 에서 활성산소에 의한 손상 척도인 글루타티온의 양을 확인. (D) 간 조직을 염색하여 세포의 형태를 관찰한 결과 네크록스-7에 의해 간세포의 괴사가 억제됨을 확인.

[그림 3] 네크록스-7의 간 보호 효과 및 치료 효과
아세트아미노펜을 투여하기 전에 네크록스-7을 처치하여 간독성 보호 효과를 확인하였으며 아세트아미노펜을 투여하고 난 후 네크록스-7을 처치하여 아세트아미노펜 중독에 대한 치료효과를 확인.