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‘심근병증(cardiomyopathy)’은 심부전을 일으키는 원인들 중에서도 매우 중요한 요인으로 꼽힌다. 치명적 질환인 심부전 주요 원인인 데다가, 사람마다 유형이 다양하고 발병 원인도 명확하게 밝혀지지 않아 난치성 질환으로 꼽힌다. 

서울아산병원 연구팀이 심근병증의 원인이 되는 유전자를 밝혀내, 심근병증 표적 치료제 개발 가능성을 제시했다. 연구 결과는 <유럽 심장학회지(European Heart Journal, IF=38.1)>에 최근 게재됐다.

심부전 주요 원인, 심근병증이란

심근병증은 심부전 주요 원인으로, 심장이 제 기능을 하지 못하면서, 몸에 혈액 공급이 제대로 이루어지지 않는 질환이다. 이 때문에 평소 쉽게 숨이 차게 되고 금방 피로해진다. 다만, 심장이 제 기능을 하지 못한다는 결과가 같을 뿐, 그 구체적인 양상은 여러 가지로 나타난다. 

심장근육이 약해지거나 얇아져 심실이 늘어나는 ‘확장성 심근병증’, 심장근육이 비정상적으로 두꺼워져 심실 내부 공간이 좁아지는 ‘비후성(비대성) 심근병증’, 심장근육 일부가 혈액을 공급하지 못하는 ‘허혈성 심근병증’ 등 유형이 다양하다. 이 또한 넓은 관점에서 분류한 것으로, 실제로 나타나는 유형들은 그 양상 등에 따라 훨씬 더 복잡하게 나뉜다.

한편, 심근병증이 발생하는 근본적인 원인도 명확하게 밝혀진 바가 없다. 이 때문에 증상이 발생할 경우, 원인을 치료하기보다 심장이 약해질 때 나타나는 반응을 조절하는 방식으로 치료해왔다.

심근병증 원인 유전자 발견

서울아산병원 심장내과 이상언 교수와 병리과 황희상 교수 연구팀은 최근 이 문제를 해결하기 위한 연구를 진행했다. 심근병증을 앓고 있는 환자 37명을 대상으로, 심장조직 내 유전자 작동을 분석했다. 환자 37명과 대조군 7명의 심장조직을 활용, 총 1만2천8백 개의 유전자를 도출해 대규모 분석을 실시했다.

분석 방법으로는 ‘공간 전사체학(Spatial Transcriptomics)’이 활용됐다. 세포 내 유전자 발현을 분석하는 기존의 기술에, ‘조직 내 위치 정보’를 결합한 최신 분석법이다. 

공간 전사체학 분석법은 조직 내 정상부위 또는 손상 발생 부위 등 특정한 부위에서, 어떤 세포가 어떤 유전자를 발현하는지를 시각화할 수 있다. 즉, 조직이 손상되는 양상에 따라, 각 세포별 유전자 변화가 어떻게 이루어지는지를 보여준다. 

이 기법을 활용해 분석한 결과, 연구팀은 심근병증 발병에 관여하는 유전자를 밝혀내는 데 성공했다. 여기에는 기존까지 심근병증과의 연관성이 잘 알려지지 않았던 유전자들도 포함됐다.

심근병증 치료제 개발 기대

이번 연구는 심장조직을 정밀하게 분석해 대규모의 유전자를 도출하고, 세포 구성 및 유전자 발현 단위에서의 차이를 규명한 최초 연구였다는 점에서 큰 의의를 갖는다. 심근병증 발병에 관여하는 유전자를 밝혀낸 만큼, 향후 심근병증 치료제 개발을 위한 실마리를 제공해줄 것으로 기대된다.

병리과 황희상 교수는 “이번 연구를 바탕으로 심근병증의 병태생리 기반 정밀진단이 가능해지고, 향후 정밀의학 기반 맞춤치료제 개발에도 큰 단서를 제공할 것으로 기대된다”라고 말했다.

심장내과 이상언 교수는 “심근병증은 급사의 원인이 될 수 있는 심부전 주요 원인임에도 불구하고, 현재까지 심장 기능 저하에 따른 공통된 반응을 조절하는 데 초점이 맞춰져 있었다”라며, 심근병증의 다양한 병리적 양상과 세포 반응을 정밀 분석할 수 있는 기반 데이터를 구축한 데 의의가 있으며, 이를 바탕으로 심근병증 자체를 표적으로 하는 치료제 개발로 이어질 수 있도록 연구를 지속하겠다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 미국 의학연구소인 스크립스 연구소(Scripps Research), 그리고 카이스트(KAIST, 한국과학기술원)와 공동으로 진행됐다. 연구는 보건복지부의 ‘연구중심병원 육성 연구개발 사업과제’ 지원을 받아 시행됐다.

국내 연구팀이 혈액 검사를 통해 알츠하이머 조기 진단이 가능할 수 있다는 연구 결과를 제시했다. 혈액 속에서 알츠하이머 진행과 밀접한 유전자 발현 변화가 일어난다는 것을 밝혀낸 것이다.

현행 알츠하이머 검사법의 한계

알츠하이머는 치매의 가장 흔한 유형으로 꼽힌다. 기억력 감퇴와 인지 기능 저하를 유발하는 퇴행성 뇌질환으로, 일단 시작되면 뇌에 되돌릴 수 없는 손상을 일으킨다. 이 때문에 알츠하이머 조기 진단은 원활한 치료 및 관리에 있어 무척 중요하다.

하지만 현실적으로 대부분의 환자들은 병이 상당히 진행된 뒤에야 진단을 받는다. 여러 이유가 있겠지만, 가장 큰 이유는 알츠하이머 조기 진단을 위한 검사 부담이 크다는 것이다. 현재 알츠하이머 진단을 위해서는 PET(양전자방출단층촬영) 검사가 널리 시행된다. 정확도가 높은 검사법이지만, 의료기관에 따라 백만 원 이상의 비용이 필요해 부담이 큰 편이다.

한편, 뇌척수액 검사를 시행하기도 하는데, 이는 마취 후 척추의 허리 부분(요추)에 바늘을 삽입해 척수액을 채취하는 침습적 검사 방식이다. PET 검사에 비하면 비용은 저렴하지만, 신체적으로 부담이 상당한 검사법이다. 검사 후 통증 등 부작용이 발생할 수 있고, 회복까지 시간도 많이 걸리는 편이다. 이로 인해 두 가지 검사법 모두 일상적으로 활용하기에는 한계가 있다.

혈액 검사로 알츠하이머 조기 진단 가능성

분당서울대병원 신경과 박영호 교수 연구팀은 순천향대서울병원, 미국 인디애나 대학 연구팀과 협력해 이러한 문제를 해결하고자 했다. 이른바 알츠하이머 조기 진단을 위한 장벽을 낮추고자 한 것이다.

최근 혈액 검사를 통해 다양한 질병의 조기 진단이 가능하다는 사례가 여럿 공개되고 있다. 이에 연구팀은 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 발병을 조기에 포착할 수 있는지를 확인하고자 했다. 연구는 분당서울대병원 및 서울대병원에 등록된 알츠하이머 환자 523명의 혈액 샘플을 토대로 진행했다. RNA 시퀀싱 기법을 활용해 혈액 속 유전자 발현 양상을 분석하는 방식이다.

분석 결과, 환자들의 혈액 샘플에서는 정상과 다른 유전자 발현이 나타났다. 또한, 발병 시기에 따라 다른 양상으로 발현되는 유전자 개수도 달랐다. 65세 이전에 알츠하이머가 발병한 환자(조기 발병 환자)의 경우 18개, 65세 이후에 발병한 환자(후기 발병 환자)의 경우 88개 유전자가 정상과 다른 발현을 보였다.

알츠하이머 발병 시기와 유전자 발현 차이

특히 후기 발병 환자의 경우 SMOX, PLVAP라는 유전자의 활성도가 크게 감소했다. 연구팀에 따르면 이들 유전자는 알츠하이머의 주요 원인으로 지목되는 아밀로이드 베타 단백질의 축적과 연관성이 깊다.

또한, 연구팀은 후기 발병 환자들에게서 몇 가지 유전자가 제대로 작동하지 않는 경향이 있다는 것도 발견했다. 대표적인 것은 ▲뇌세포 에너지 조절(AMPK 신호전달경로) ▲손상된 단백질 제거(유비퀴틴 매개 단백질 분해) ▲세포 내 청소 작용(미토파지) 등과 관련된 유전자들이다. 연구팀은 이를 바탕으로 알츠하이머의 병리 메커니즘을 보다 정밀하기 이해할 수 있을 것으로 보고 있다.

이러한 결과는 알츠하이머의 발병 시기에 따라 서로 다른 유전자 발현 특성을 보인다는 사실을 보여준다. 즉, 혈액 속 유전자 발현 정보를 통해 알츠하이머 환자의 특징을 구별할 수 있다는 것이다. 연구팀은 이것이 알츠하이머 조기 진단을 위한 단서가 될 수 있으며, 결과에 따른 맞춤형 치료 전략을 개발에도 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.

이번 연구 결과는 알츠하이머병협회(Alzheimer’s Association)에서 발행하는 공식 학술지 <알츠하이머와 치매(Alzheimer’s & Dementia, IF=13.1)> 2월호에 게재됐다.

국내 연구팀이 학교-병원-산업 연계 공동연구로 내시경 없이 방광암을 진단하는 기술을 개발했다. 환자의 소변에서 분리한 세포 펠렛 DNA를 활용하는 것으로, 비침습적 방식으로 환자 부담도 없고, 비용도 저렴한 것이 특징이다.

소변에서 분리한 cpDNA 분석

건국대학교 줄기세포재생공학과 조쌍구 교수 연구팀과 건국대학교병원 비뇨기과 김아람 교수, 그리고 조쌍구 교수가 대표이사로 있는 바이오기업 스템엑소원(주)은 유전자 변이 분석을 토대로 방광암을 진단하기 위한 기술 연구를 진행했다.

연구팀은 ‘비근육침윤성 방광암(NMIBC)’ 환자의 소변을 원심분리해 ‘세포 펠렛 DNA(cpDNA)’를 확보한 다음, 차세대 염기서열 분석(NGS)을 통해 유전자 변이를 분석했다. 그 결과, 암 조직과 cpDNA 간 높은 유사성을 확인했다. 

또한, FGFR3, TTN, LEPROTL1 등 방광암 관련 주요 유전자에서 돌연변이가 발견됐다. 특히 종양 돌연변이 부담(TMB)을 비교한 결과, 소변 cpDNA와 암 조직 간 유의미한 차이가 없었다. 이는 cpDNA가 방광암 조기 진단 및 재발 감시 용도로 활용될 수 있다는 의미다.

소변 검사로 방광암 진단 가능

현재 방광암을 진단하기 위해서는 요로를 통해 몸속에 기기를 넣는 ‘방광내시경 검사’ 또는 조직검사가 주로 사용된다. 이들은 모두 환자에게 물리적인 부담이 있는 방법이며, 검사를 위한 비용도 상당하다. 

반면, 연구팀이 이번에 개발한 cpDNA 기반 분석법은 소변 샘플만 가지고도 암 발생 여부를 확인할 수 있다. 일반적인 건강검진에서처럼 소변 샘플만 제출하면 검사를 통해 진단할 수 있다는 것이다. 통증이나 위험 부담 없이 정밀한 진단이 가능하고, 비용도 매우 저렴하다. 

이는 혈액 검사를 기반으로 다양한 진단이 가능해지고 있는 최근 진단검사 트렌드에도 부합한다. cpDNA를 분석하는 기술은 향후 방광암 외의 다양한 질환을 조기에 진단하는 데도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 병리학 분야 국제학술지인 <실험실 연구(Laboratory Investigation)>에 이달 초인 3일(월) 온라인 게재됐다.