김종훈 교수팀, 간경화 치료하는 줄기세포 단백질 발견
줄기세포 이식 없이 중간엽줄기세포가 분비하는 단백질 중 간섬유화 치료효능 단백질 존재
생명과학대학 생명공학과 김종훈 교수 연구팀이 줄기세포를 통해 간경화를 완화시킬 수 있는 단백질을 발굴하고, 치료 효능을 검증했다.
이번 연구는 김종훈 교수팀이 보건복지부 첨단의료기술개발사업(줄기세포·재생의료 상용화)과 미래창조과학부의 줄기세포 선도연구팀지원사업의 지원을 받아 추진됐으며, 연구 결과는 학문적 성과를 인정받아 소화기계 세계 1위 국제의학저널인 Gastroenterology (인용지수, 18.19) 온라인 판에 게재됐다.
- 논문명 : Milk Fat Globule-EGF Factor 8, Secreted by Mesenchymal Stem Cells, Protects Against Liver Fibrosis in Mice
- 저자정보 : (제1저자) 안수연(고려대학교), 장유진(고려대학교), (교신저자) 김종훈(고려대학교)
만성간질환은 경제 활동이 활발한 40~50대 사망의 주원인이다. 이는 간암으로 발전할 수 있으며, 근본적인 치료방법은 아직까지 알려지지 않았다.
최근 중간엽줄기세포 이식이 간경화에 치료 효과가 있다는 학계 보고가 있었지만, 이에 상반된 연구결과도 있어 세포치료제로서 안전성 및 유효성에 논란의 대상이 되고 있다.
본 연구팀은 중간엽줄기세포가 분비하는 여러 단백질 중 간경화를 완화시킬 수 있는 단백질 발굴했다. 중간엽줄기세포를 체내에 직접 이식하지 않고, 단순히 세포가 분비하는 단백질만 주입하여도 섬유화된 간조직이 재생되었다. 이는 중간엽줄기세포가 분비하는 단백질 중 간섬유화 치료효능을 보유한 단백질이 존재한다는 것을 의미한다. 연구팀은 간섬유화를 억제하는 단백질을 발굴하기 위해 중간엽줄기세포가 분비하는 수많은 단백질을 면밀히 분석했다. 그 결과, MFG-E8 단백질이 간조직의 섬유화를 억제하는 핵심 인자로 밝혀졌다.
연구책임자인 고려대 김종훈 교수는 “줄기세포의 이식 없이 MFG-E8 단백질만으로 높은 치료효과가 있음을 세계 최초로 규명하고, 줄기세포의 기능성 강화에 활용할 수 있다는 점에서 연구 성과의 의의가 있다”고 설명했다. 또한 “연구팀은 발굴한 단백질의 치료적 효능에 대한 국내･외 특허를 출원하였고, 기술이전 및 기업과의 공동연구를 통하여 간경화 치료용 단백질의약품으로 개발해 나갈 계획이다.”라고 덧붙였다.
공동 저자 김세준 교수(대전성모병원 간담췌외과)는 “조직 섬유화 반응은 간 뿐 만이 아니라 신장, 심장, 폐 등의 다양한 질환의 원인이 되므로, 임상적으로 MFG-E8는 간경화 뿐 만 아니라 여러 질환의 치료물질로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
[ 그 림 설 명 ]
<그림1> 중간엽줄기세포들에서 분비된 단백질들의 간조직 항섬유화 효능 검증.
A. 중간엽줄기세포 및 중간엽줄기세포를 간세포분화방법으로 배양한 뒤 각 각의 세포들에서 분비하는 단백질들을 수획하여 세포이식 없이, 분비 단백질들만을 만성간질환 동물모델에 주입하는 한편, LC-Mass 방법으로 분비 단백질들의 종류를 분석함.
B-E. 중간엽줄기세포 단백질들을 주입하지 않은 실험대조군 (Sham)에 비교하여 중간엽줄기세포 분비단백질 (UCMSC-scrtm, hpUCMSC-scrtm)을 주사한 실험동물의 간섬유화가 주사 후 3일 차 (B, C), 그리고 7일 차 (D, E)에서 현져히 감소되어 있음을 조직학적으로 증명함. (Sirius red, 섬유성 세포외기질의 염색; alpha-SMA, 세포외기질을 분비하는 간섬유화 주범 세포의 포지인자)
<그림2> 중간엽줄기세포 분비 단백질을 주입 후 이에 의해 변화되는 간섬유화 조직 내의 유전자 발현조사.
A. 분비단백질을 주사 하였을 경우 간섬유화를 촉진하는데 관여하는 유전자들의 발현이 감소 됨을 관찰함 (빨간색, 유전자발현 증가; 녹색, 유전자 발현 감소).
B, C. 특히 분비단백질들이 주사되면 TGF-베타 신호전달 과정에 관련된 유전자의 발현이 감소함을 발견함. TGF-베타는 간섬유화의 주범인 간성상세포의 활성을 촉진함. 따라서 분비단백질 들 중에 있는 어떤 단백질이 TGF-베타 신호를 억제함으로서 간성상세포의 활성이 억제되고 이로 인해 간섬유화가 해소됨을 유추할 수 있음.
<그림3> 중간엽줄기세포들에서 분비된 단백질들 증 간조직 항섬유화 후보 단백질 발굴.
A. 중간엽줄기세포에서 분비하는 단백질들을 수획한 뒤 LC-Mass 방법으로 분석하여 확인된 750여개의 단백질 중 단백질들의 종류와 각 단백질들의 함유량을 분석하여 32개의 후보단백질을 1차적으로 추림.
B. 32개로 추려진 단백질들의 기능을 분석하여 항섬유화 기능이 예측되는 단백질 3종을 2차적으로 추림. 더불어 추려진 3개의 단백질이 중간엽줄기세포들에서 대량으로 분비하고 있음을 확인함. C. 추려진 3개의 단백질과 항섬유화에 관련되어 있다고 기존에 알려진 여러 단백질들 간의 상호작용을 넷트웍 생물학 기법으로 예측하고, 3개의 단백질 중 현재까지 그 기능이 잘 안 알려져 있어 보건산업적 가치가 크고 지적재산권 획득이 가능한 MFG-E8을 최종 후보단백질로 선정함.
<그림4> 만성 간질환 동물 모델을 이용한 MFG-E8의 간조직 항섬유화 치료 효과 검증.
A. 대조군 (sham, 맨 왼쪽)에 비교하여, MFG-E8을 주사하였을 경우 (맨 오른쪽) 분비단백질을 모두 모아 주사 하였을 때와 (scrtm, 왼쪽에서 두 번째) 동일한 섬유화 치료 효과를 보이며, 분비단백질들에서 MFG-E8의 활성을 제거 할 경우 (scrtm+MFG-E8 Ab, 왼쪽에서 세 번째) 섬유화 치료효과가 소실됨을 증명함.
B, C, D. “A”의 섬유성 조직의 조직학적 관찰을 정량적으로 분석하여 나타냄 (Sirius red, 섬유성 세포외기질의 염색; alpha-SMA, 세포외기질을 분비하는 간섬유화 주범 세포의 포지인자; Hydroxyproline, 세포외기질의 성분).
<그림5> 간경화 환자의 간조직 내 MFG-E8의 발현 분석.
A, B. 조직학적 (A) 및 생화학적 (B) 방법으로 간경화 환자 (Cirrhosis)와 정상인 (Normal)의 간조직 내 MFG-E8의 발현을 분석한 결과, 간경화 환자의 간조직에서 MFG-E8의 발현이 정상인에 비하여 현저히 감소되어 있음을 밝힘.
C. “B”의 결과를 정량적으로 표현하고 그 결과가 유의성이 있음을 통계학적으로 분석함.
[ 용 어 설 명 ]
1. 간섬유화 및 간경화 (Liver fibrosis and cirrhosis)
○ 간은 체내에서 대사, 해독, 면역 등 다양한 중요기능을 담당하고 있으며 따라서 다른 장기에 비하여 탁월한 조직재생 능력을 보유하고 있음. 그러나 바이러스, 알코올, 약물 등에 의한 지속적인 간조직의 손상 및 재생과정은 간조직 내에 존재하는 간성상세포로 하여금 장기간에 걸쳐 섬유성 세포외 기질을 생산하게 하고 간조직 내에 과도한 축적을 유발함으로서“간섬유화”를 초래함.
○ 간섬유화가 진행되면 정상 간조직의 구조에 심각한 변형을 초래하고 이에 따른 간기능의 저하를 유발함. 더불어 간섬유화가 고도화 되면 난치성 만성 간질환인 “간경화”로 진행되며, 간경화는 “간암”으로 발전될 수 있음.
2. 중간엽줄기세포 (Mesenchymal Stem Cell, MSC)
○ 골수, 제대혈, 지방 등 성체 및 태아의 각종 조직에 존재하는 줄기세포로서 적절한 조건에서 증식이 가능하며 지방세포, 골세포, 연골세포와 같은 제한된 조직들로 분화가 가능한 줄기세포. 2000년대 초반 중간엽줄기세포가 상기 3종류의 세포 이외에 신경세포, 췌장세포, 간세포 등 예상외의 체세포들로도 분화가 가능하다고 알려져 왔으나, 최근 보고에 의하면 중간엽줄기세포의 치료 효능은 상기 3가지 체세포를 제외하고는 세포분화에 의해 손상된 조직을 기능적으로 대체하는 것이라기보다는 이들 세포가 분비하는 물질들이 손상된 조직자체의 재생을 촉진시켜 일어남이 정설로서 학계에서 인정받고 있음.
3. MFG-E8 (Milk Fat Globule-EGF Factor 8)
○ 당단백질의 일종으로 아직까지 그 기능이 자세히 알려져 있지는 않으나, 가장 널리 알려져 있는 대표적 기능으로서는 세포의 이동을 촉진하고, 혈관형성을 촉진하며, 죽은 세포가 대식세포에 의해 제거되는 과정을 촉진시키는 역할임. 현재까지 알려진 기능에 비추어 볼 때 손상된 조직의 재생에 관여하는 것으로 유추되나, 치료적 기능에 관련된 자세한 작용기전은 대식세포에 의한 죽은 세포의 제거 이외에는 알려진 바 없음.
출처 : 고대뉴스