유전자 분석으로 척추관협착증의 병리적 기전과 치료 타겟 유전자를 규명한 연구 결과가 발표됐다. 특히 척추관협착증으로 인해 신경 회복 약화·척추 조직을 경직시키는 유전자가 발현됐고, 세포 에너지 대사와 소화기능에 관여하는 유전자 발현 감소도 포착됐다.
척추관협착증은 척추관이 좁아지면서 주변 신경을 압박해 통증과 염증을 유발하는 대표적 퇴행성 척추 질환이다. 국내 연간 환자는 약 180만 명에 달하며, 주로 장년층과 고령층에서 발병률이 높다. 그러나 주로 통증 완화와 염증 억제에 초점을 맞추고 있으며, 근본적 원인을 해결하는 치료법은 확립되지 않은 상태다.
자생한방병원 척추관절연구소 홍진영 박사 연구팀은 척추관협착증의 새로운 치료 전략을 모색하기 위해 연구를 진행했다. 연구팀은 먼저 실험 쥐 모델에서 유전자 발현 변화를 분석했다. 척추관협착증을 유발한 실험 쥐의 척수를 채취한 뒤, 차세대 염기서열 분석(NGS)을 활용해 RNA 시퀀싱을 수행했다. NGS는 특정 질환에서 유전자 발현 변화를 정밀하게 분석하는 기법이다. RNA 시퀀싱은 세포나 조직에서 RNA 분자를 분석해 유전자 발현 수준을 확인하는 기술이다.
연구진은 총 3만560개의 유전자 중 정상 실험 쥐군에서 특이적으로 발현되는 유전자 1203개, 척추관협착증 유발 실험 쥐에서 특이적으로 발현되는 유전자 749개를 구분했다. 두 그룹에서 공통적으로 발현되는 유전자 2만1547개, 발현되지 않는 유전자는 7061개였다.
연구진은 해당 유전자 데이터를 바탕으로 척추관협착증에 의해 유의하게 발현이 증가하거나 감소한 차등발현유전자(DEG)를 분석했다. 차등발현유전자는 특정 조건이나 환경에서 발현도가 크게 달라지는 유전자를 뜻한다. 이를 통해 척추관협착증이 생물학적으로 어떠한 영향을 미치는지 조사할 수 있다.
연구 결과, 척추관협착증 유발 실험 쥐에게서 신경 회복과 단백질 합성에 중요한 유전자들의 활동이 감소하며, 신경 회복력이 약화하고, 세포 골격의 안정성을 유지하는 유전자 조절 체계에 변화가 생겼다. 세포 구조와 기능 변화에 관여하는 유전자의 발현은 더욱 높아졌는데, 이는 혈관 내부를 둘러싼 근육인 평활근 수축 섬유의 발현을 유발해, 혈액순환을 저해하고 척추 조직을 뻣뻣하게 경직시킬 가능성이 있는 것으로 나타났다.
총 113개의 차등발현유전자 중에서 독소 배출에 관여하는 'Slc47a1'과 관절 윤활을 돕는 'Prg4'는 척추관협착증 실험 쥐에서 발현이 크게 증가했지만, 세포 에너지 대사와 관련된 'Higd1c'와 소화기관 운동을 조절하는 'Mln'의 발현은 감소했다. 이는 척추관협착증이 체내 독소 배출을 증가시키고 척추뼈의 마찰을 줄이려는 생체 반응을 유도함과 동시에, 세포 에너지 대사와 소화기관 기능에 영향을 줄 가능성을 시사했다.
연구팀은 'Prg4'와 근육 수축·세포 부착에 관여하는 'Acta2' 유전자의 발현이 늘어난 것을 통해 관련 유전자가 세포 골격 안정성 유지와 세포외 기질 구성에서 핵심적 역할을 하는 것은 물론, 척추관협착증 기전 규명에도 중요한 역할을 할 것이라고 분석했다.
자생한방병원 척추관절연구소 홍진영 박사는 “이번 연구는 척추관협착증과 관련된 유전자 기능과 분자적 경로를 규명함으로써, 향후 치료법 및 기전 연구에 중요한 근거를 제공할 것으로 기대된다”며 “앞으로도 RNA 시퀀싱 기반 연구를 지속적으로 확대해 척추관협착증 뿐만 아니라 다른 척추·관절 질환 연구에도 노력을 지속할 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 SCI(E)급 국제학술지 ‘생의학(Biomedicines)'에 최근 게재됐다.
척추관협착증은 척추관이 좁아지면서 주변 신경을 압박해 통증과 염증을 유발하는 대표적 퇴행성 척추 질환이다. 국내 연간 환자는 약 180만 명에 달하며, 주로 장년층과 고령층에서 발병률이 높다. 그러나 주로 통증 완화와 염증 억제에 초점을 맞추고 있으며, 근본적 원인을 해결하는 치료법은 확립되지 않은 상태다.
자생한방병원 척추관절연구소 홍진영 박사 연구팀은 척추관협착증의 새로운 치료 전략을 모색하기 위해 연구를 진행했다. 연구팀은 먼저 실험 쥐 모델에서 유전자 발현 변화를 분석했다. 척추관협착증을 유발한 실험 쥐의 척수를 채취한 뒤, 차세대 염기서열 분석(NGS)을 활용해 RNA 시퀀싱을 수행했다. NGS는 특정 질환에서 유전자 발현 변화를 정밀하게 분석하는 기법이다. RNA 시퀀싱은 세포나 조직에서 RNA 분자를 분석해 유전자 발현 수준을 확인하는 기술이다.
연구진은 총 3만560개의 유전자 중 정상 실험 쥐군에서 특이적으로 발현되는 유전자 1203개, 척추관협착증 유발 실험 쥐에서 특이적으로 발현되는 유전자 749개를 구분했다. 두 그룹에서 공통적으로 발현되는 유전자 2만1547개, 발현되지 않는 유전자는 7061개였다.
연구진은 해당 유전자 데이터를 바탕으로 척추관협착증에 의해 유의하게 발현이 증가하거나 감소한 차등발현유전자(DEG)를 분석했다. 차등발현유전자는 특정 조건이나 환경에서 발현도가 크게 달라지는 유전자를 뜻한다. 이를 통해 척추관협착증이 생물학적으로 어떠한 영향을 미치는지 조사할 수 있다.
연구 결과, 척추관협착증 유발 실험 쥐에게서 신경 회복과 단백질 합성에 중요한 유전자들의 활동이 감소하며, 신경 회복력이 약화하고, 세포 골격의 안정성을 유지하는 유전자 조절 체계에 변화가 생겼다. 세포 구조와 기능 변화에 관여하는 유전자의 발현은 더욱 높아졌는데, 이는 혈관 내부를 둘러싼 근육인 평활근 수축 섬유의 발현을 유발해, 혈액순환을 저해하고 척추 조직을 뻣뻣하게 경직시킬 가능성이 있는 것으로 나타났다.
총 113개의 차등발현유전자 중에서 독소 배출에 관여하는 'Slc47a1'과 관절 윤활을 돕는 'Prg4'는 척추관협착증 실험 쥐에서 발현이 크게 증가했지만, 세포 에너지 대사와 관련된 'Higd1c'와 소화기관 운동을 조절하는 'Mln'의 발현은 감소했다. 이는 척추관협착증이 체내 독소 배출을 증가시키고 척추뼈의 마찰을 줄이려는 생체 반응을 유도함과 동시에, 세포 에너지 대사와 소화기관 기능에 영향을 줄 가능성을 시사했다.
연구팀은 'Prg4'와 근육 수축·세포 부착에 관여하는 'Acta2' 유전자의 발현이 늘어난 것을 통해 관련 유전자가 세포 골격 안정성 유지와 세포외 기질 구성에서 핵심적 역할을 하는 것은 물론, 척추관협착증 기전 규명에도 중요한 역할을 할 것이라고 분석했다.
자생한방병원 척추관절연구소 홍진영 박사는 “이번 연구는 척추관협착증과 관련된 유전자 기능과 분자적 경로를 규명함으로써, 향후 치료법 및 기전 연구에 중요한 근거를 제공할 것으로 기대된다”며 “앞으로도 RNA 시퀀싱 기반 연구를 지속적으로 확대해 척추관협착증 뿐만 아니라 다른 척추·관절 질환 연구에도 노력을 지속할 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 SCI(E)급 국제학술지 ‘생의학(Biomedicines)'에 최근 게재됐다.
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