폐질환 원인 찾을 길잡이 '인간 폐세포 지도' 나왔다

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건강한 사람과 천식 환자의 폐세포 약 3만7000개 분석 결과게티이미지뱅크 제공 유럽 과학자들이 최초로 인간의 ‘폐세포 지도’를 개발해 공개했다.

영국 케임브리지대 웰컴생어연구소와 네덜란드 그로닝겐대 의료센터, 독일 뮌헨 폐질환연구센터 등 공동연구진은 건강한 사람 17명과 천식 환자 6명의 호흡기관을 이루는 세포들을 개별적, 영역별로 분석한 결과를 국제학술지' 네이처 메디신' 17일자에 발표했다. 천식이 발생하는 과정에 대한 실마리를 찾았다는 평가다.

폐는 기체를 효율적으로 교환하기 위해 포도송이에 혈관이 얽혀 있는 것처럼 복잡한 폐포 구조를 띠고 있다. 매 순간 숨을 쉬기 때문에 공기 중 떠다니는 병원균이 가장 먼저 닿는 곳이 호흡기관이다. 폐포에서는 병원균에 쉽게 감염되는 일을 막기 위해 면역세포들이 점액을 분비한다.

하지만 점액이 과다 분비되면 오히려 호흡을 방해할 위험이 있다. 그래서 호흡세포와 면역세포 사이에 항상성을 유지하는 일이 중요하다. 이전까지는 이 두 종류의 세포들이 어떻게 서로 항상성을 유지하는지 밝혀지지 않았다.

두 세포 간의 항상성이 무너진 대표적인 질환이 천식이다. 천식은 기관지에 염증이 일어나 부어오르고 점액이 과다분비해 기침과 호흡 곤란 등을 일으키는 폐 질환이다. 2015년 기준 전 세계에 3억 5000만 명이나 환자가 있을 만큼 흔하지만 아직 완벽한 치료법이 없어 평생 약물을 복용해야 한다.

연구팀은 건강한 사람과 천식 환자의 비강(콧속 공간)에서 기관지, 폐에 이르기까지 전 호흡기관을 이루는 세포 3만6931개를 위치별, 개별적으로 분석했다. 이전에는 세포가 위치한 자리나 뚜렷한 기능에 따라 상피세포와 내피세포, 기질세포, 그리고 면역세포 등 4가지로 대분류했었다.

연구팀이 각 세포마다 우세하게 발현되는 유전자와, 세포와 세포 사이에서 어떤 상호작용이 일어나는지 분석한 결과 그간 예상했던 것보다 폐세포의 기능이 매우 세분화돼 있다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 유전자의 이름과 함께 세포의 대분류 유형을 설정하면 건강한 사람과 천식 환자의 폐에서 영역별 세포의 특성과 유전자 발현도를 한눈에 볼 수 있도록 ‘폐세포 아틀라스’ 웹사이트(www.lungcellatlas.org)를 열었다.

연구팀은 또 건강한 사람과 천식 환자의 폐 조직을 비교해, 천식 환자는 점액이 과다 분비하도록 폐세포의 특성이 변한다는 사실도 처음으로 알아냈다. 천식 환자의 폐에서는 면역세포 중 염증을 유발하는 역할을 하는 ‘TH2도움T세포’가 과다 활성화됐다.

마르틴 노진 그로닝겐대 의료센터 선임연구원은 “TH2도움T세포는 주변 세포들에게 광범위하게 신호를 보낸다는 사실을 밝혔다”며 “건강한 사람의 폐에서는 세포끼리 상호작용하지만, 천식환자의 폐에서는 TH2도움T세포의 작용이 지배적이었다”고 설명했다. 결국 이 때문에 호흡세포와 면역세포 간의 항상성이 무너지고, 기관지가 붓고 점액이 많아지는 증상이 심화하는 셈이다.

연구에 참여한 펠리페 비에이라 브라가 웰컴생어연구소 선임연구원은 “건강한 사람과 천식 환자의 차이를 최초로 세포 단위에서 비교한 결과”라며 “이번에 개발한 폐세포 지도를 활용하면 천식이 발생하는 원인과 과정을 좀 더 구체적으로 밝혀낼 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀은 추후 TH2도움T세포가 다른 세포들에게 어떤 신호를 보내는지 분석해 그것을 타깃으로 하는 완벽한 치료제를 개발할 계획이다.

네이처 메디신 제공 유럽 과학자들은 건강한 사람과 천식 환자의 호흡기 세포 3만6931개를 분석해 인간 폐세포 지도 초안을 내놨다. 이를 바탕으로 웹사이트(www.lungcellatlas.org)를 만들어 유전자의 이름과 세포의 대분류를 지정하면 건강한 사람과 천식환자의 폐에서 영역별 세포의 특성과 유전자 발현도를 한눈에 볼 수 있도록 했다. 네이처 메디신 제공

[이정아 기자 zzunga@donga.com]