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초미세먼지 속 위험한 중금속! 멜라토닌으로 잡는다.

- 세포 및 동물 실험 결과, 카드뮴이 전립선 조직 크기와 기능에 부정적 영향 -

- 멜라토닌(Melatonin)의 독성 저감효과 확인 -

□ 안전성평가연구소(KIT)는 미세먼지 속 위험한 중금속 중 하나인 카드뮴이 인체 전립선에 미치는 독성학적 영향을 확인하였으며, 멜라토닌(Melatonin)이 이러한 독성을 저감시키는 효과를 가지고 있음을 확인하였다고 밝혔다.

□ 카드뮴은 쉽게 부식되지 않는 특성으로 각종 배터리, 금속코팅, 안료, 플라스틱 안정제 등으로 사용되고 있으나, 대표적인 발암물질 중 하나로 인체에 노출되는 경우 폐, 간, 신장에 축적되어 폐암, 신장암 등을 유발한다는 연구 결과가 보고되고 있다.

□ 해당 연구는 매년 미세먼지가 심각해짐에 따라 미세먼지 속 카드뮴이 인체 노출 시, 어떻게 독성이 유도되어 조직 기능에 영향을 주는지에 대한 정확한 작용기작을 파악하고 저감 물질을 발굴하기 위해 실시되었다.

□ 연구팀은 이를 위해 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 인체유래 전립선 세포주와 마우스(Mouse) 세포주에 카드뮴을 노출하였으며, 그 결과 산화스트레스로 인하여 활성산소*가 증가하여 세포사멸이 유도되는 현상을 확인하였다.

• ⁎︎활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS) : 몸 속 기관이나 세포가 활동하면서 생기는 찌꺼기로 세포막을 손상 시킨다.

□ 또한 세포의 대사 항상성*과 세포사멸에 중요한 기능을 하는 세포소기관인 미토콘드리아에 카드뮴이 침투하여 미토콘드리아의 막전위*를 감소시킴으로써 세포 독성을 유발하는 것을 확인하였다.

* 항상성(homeostasis) : 다양한 자극에 반응하여 개체 혹은 세포의 상태를 일정하게 유지하려는 성질을 의미한다.

* 막전위(Membrane Potential) : 세포막 안쪽과 바깥쪽의 전위차를 말하며, 막전위가 떨어지게 되는 경우 세포 기능이 저하된다.

□ 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.

□ 마우스에 카드뮴을 노출한 경우, 세포실험과 동일하게 미토콘드리아의 STAT3 단백질이 감소되는 것을 확인하였으며, 이를 통해 카드뮴이 전립선 조직을 손상시키는 것을 확인하였다.

□ 이러한 연구 결과는 카드뮴 노출이 STAT3의 기능을 저하시키고 미토콘드리아의 항상성을 손상시켜 전립선 조직의 크기와 기능에 영향을 주어 전립선 손상을 유발할 가능성을 시사하고 있다.

□ 멜라토닌은 뇌에서 분비되는 수면 리듬을 조절하는 생체호르몬으로서 불면증 치료에 사용되는 약물로 잘 알려져 있다.

□ 이러한 멜라토닌을 1시간 전처리한 결과 멜라토닌이 미토콘드리아 STAT3 기능을 조절하여 미토콘드리아의 항상성을 향상시키고 세포 사멸을 방해함으로써 전립선 기능의 독성영향을 저감시키는 것을 확인하였다.

□ 이번 연구는 인체가 독성에 대한 저항성으로 수면 습관 등에 의해 변화될 수 있다는 가능성을 제안한 것으로 후속 연구의 필요성을 제시하고 있다.

□ 경남바이오헬스연구지원센터 허정두 센터장은“향후 초미세먼지 속 중금속 물질의 유해성에 대한 연구가 지속적으로 필요하다.”라며“물질의 유해성 파악 뿐 아니라 이를 저감할 수 있는 대안을 찾는 연구도 함께 수행해나갈 예정이다.”라고 말했다.

□ 한편, 해당 연구는 KIT와 플로리다대학교 한성민 교수 연구팀과 함께 공동으로 수행하였으며, 생물학 분야 권위학회지인‘Communications biology’학술지에 지난 2월 게재되었다.

＊논 문 명 : Melatonin protects against cadmium-induced oxidative stress via mitochondrial STAT3 signaling in human prostate stromal cells

- 주 저 자 : 현문정(안전성평가연구소), 김혜진(안전성평가연구소)

- 교신저자 : 허정두(안전성평가연구소), 한성민(플로리다대학교)

그림설명

• ●카드뮴 노출에 따라 전립선 조직의 크기가 줄어드는 것을 확인할 수 있음

• ╶︎왼쪽의 <그림1>과 <그림2>는 멜라토닌을 처리하지 않을 상태이며, 오른쪽의 <그림 3>과 <그림4>는 멜라토닌 30 mg/kg을 처리함

• ╶︎위의 <그림1>과 <그림3>은 에탄올을 노출한 대조군이며, 아래 <그림2>와 <그림4>는 카드뮴 200 ㎍/kg을 노출함

• ╶︎카드뮴에 노출된 그룹군(그림2, 4)은 카드뮴에 노출되지 않은 그룹군(그림1, 3)에 비해 조직의 크기가 작은 것을 알 수 있음

• ╶︎또한, 멜라노닌을 처리한 그룹(그림3, 4)은 멜라토닌을 처리하지 않은 그룹(그림1, 2)과 비교하였을 때 전립선 조직 크기가 더 큰 것을 알 수 있음

• ●멜라토닌을 전처리하여 카드뮴을 노출한 경우(CdCl2+melatonin), 독성이 저감되어 미토콘드리아 STAT3 단백질과 Grim-19(세포사멸 조절인자) 단백질을 보호하는 것을 확인할 수 있음