김이준 교수 공동연구팀, 간질환-퇴행성관절염 연결 전신대사 기전 밝혀
김이준 교수
의학과
간-연골 셀레늄 축(liver-cartilage selenium axis) 규명
최고 권위 국제학술지 <Cell Metabolism> 게재
간질환과 퇴행성관절염의 연관성을 설명하는 새로운 전신 대사 기전이 밝혀졌다.
의학과 김이준 교수 연구팀은 서울대 생명과학부 김진홍 교수 연구팀과 공동으로 간 기능 저하가 필수 미량영양소인 셀레늄의 연골 전달을 억제하고, 그 결과 연골세포의 노화와 퇴행성관절염 진행을 촉진하는 새로운 ‘간-연골 셀레늄 축(liver-cartilage selenium axis)’을 규명했다.
이번 연구 결과를 담은 논문은 「A liver-cartilage selenium axis underlies metabolic comorbidity in osteoarthritis」란 제목으로 내분비 및 대사 생물학 분야 최고 권위 국제 학술지인 <Cell Metabolism> (IF: 37.0) 10월 호에 게재됐다.
퇴행성관절염은 관절 연골이 손상되면서 심한 통증과 운동 기능 저하를 일으키는 대표적인 퇴행성 질환이다. 그동안 퇴행성 관절염은 노화나 관절의 물리적 손상 때문에 주로 발생하는 국소 질환으로 여겨져 왔다. 그런데 최근 비만, 당뇨병 등 전신 대사질환과 퇴행성관절염이 함께 나타나는 현상이 지속적으로 보고되면서 다른 장기의 대사 이상이 관절 건강에까지 영향을 줄 가능성이 제기됐다.
연구팀은 그 중 간질환과 퇴행성관절염 간의 관계에 주목했다. 국내외 대규모 인구자료를 분석한 결과, 간질환이 있는 집단에서 퇴행성관절염이 더 빈번하게 나타나는 연관성을 확인했다. 이어 간 기능 이상이 관절 연골의 퇴행으로 이어지는 구체적인 기전을 분석한 결과, 간질환과 퇴행성관절염을 연결하는 ‘간-연골 셀레늄 축’이 핵심 기전으로 확인됐다.
셀레늄은 세포를 활성산소로부터 보호하는 여러 항산화 단백질의 기능에 필수적인 구성 요소다. 셀레늄은 주로 간에서 분비되는 단백질인 ‘SELENOP’을 통해 혈액으로 운반돼 각 조직에 전달된다. 간질환이 발생하면 간세포에서 SELENOP 단백질 생성이 감소하고, 이에 따라 혈액을 통해 연골로 전달되는 셀레늄의 양이 감소하는 사실이 확인됐다. 셀레늄 공급이 줄어든 연골세포에서는 항산화 체계가 약화되면서 활성산소가 증가하고 세포 노화가 촉진됐다. 이에 따라 연골을 정상적으로 유지하는 기능이 떨어지고 결국 퇴행성관절염의 진행이 빨라지기에 이르렀다.
연구진은 간에서 연골로 전달되는 셀레늄이 부족해지는 것이 실제 퇴행성관절염을 악화시키는 원인인지 확인하기 위해 여러 동물모델에서 셀레늄을 지속적으로 보충했다. 그 결과 간 기능이 떨어진 상태에서도 셀레늄을 추가 공급하면 연골세포의 항산화 기능이 회복되고 세포 노화가 감소하면서 연골 손상과 퇴행성관절염의 진행도 완화되는 모습이 확인됐다. 간질환 환자들을 대상으로 한 대규모 인구집단 분석을 통해서도 일일 셀레늄 섭취량이 퇴행성관절염 발병에 영향을 미친다는 점을 확인했다. 즉, 간질환으로 인해 SELENOP를 통한 정상적인 셀레늄 운반 체계가 저하된 상황에서 식이를 통해 셀레늄을 직접 보충하면, 손상된 간-연골 연결고리를 우회함으로써 퇴행성관절염 발병을 억제하는 효과를 확인했다.
간과 관절의 셀레늄 대사 개념도
김이준 교수는 ‘이번 연구는 퇴행성관절염이 관절 자체의 문제뿐 아니라, 다른 장기의 대사 이상이 미치는 전신적 영향으로도 촉발될 수 있음을 보여준다“며 “향후 간질환을 동반한 퇴행성관절염 환자들을 대상으로 적합한 셀레늄 기반 예방·치료 체계를 구축하기 위한 첫 걸음”이라고 연구 의의를 밝혔다.
이번 연구는 ∆과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단이 지원하는 ‘중견연구사업’과 ‘바이오·의료기술개발사업(차세대바이오)’, ∆보건복지부 재원으로 한국보건산업진흥원이 지원하는 ‘글로벌 의사과학자 양성 사업’, ∆국가신약개발재단, ∆서경배과학재단 등의 지원으로 수행됐다.
(왼쪽) 이화여대 연구팀 (왼쪽부터 김민주 학생, 조혜원 연구원, 김이준 교수)과 (오른쪽) 서울대 연구팀 사진(왼쪽부터 용상민 학생(제1저자), 생명과학부 김진홍 교수)