[연구동향]

Identification of Latrophilin-2 as a Novel Cell-Surface Marker for the Cardiomyogenic Lineage and Its Functional Significance in Heart Development

Circulation. 2019


김효수 교수(내과학 교실)

심장은 고대부터 가장 중요한 장기로 여겨졌으며 우리 몸 구석구석으로 혈액을 공급하는 중요한 기관이다. 그러나 다른 장기와 달리 한번 손상을 입으면 재생이 안 되기 때문에 기존 약물과 시술로는 한계가 있다. 서울대병원 순환기내과 김효수 교수팀(이춘수박사, 조현재교수)은 역분화 만능줄기세포로부터 심근세포를 순수 분리하여 다량으로 얻을 수 있는 방법을 찾았다(그림 1 참고). 이 연구 성과는 세계 최고의 권위지인 순환기(Circulation; IF 23.054) 최근호에 ‘주목할 만한 논문(Featured article)’으로 선정됐다. 

연구팀이 특히 주목한 것은 심근줄기세포에서만 발현하는 표지자이다. 연구팀은 역분화 만능줄기세포에서 심근세포로 분화시키는 최적의 세포실험조건을 만들었다. 이러한 분화 과정에서 마이크로어레이 분석법을 이용하여 심근줄기세포에서 유의하게 증가하는 유전자들을 탐색한 결과 라트로필린-2(Lphn2)라는 세포 표면 표지자를 발견하였다(그림 2). 또한, 라트로필린-2의 체내(in vivo) 기능적 연구를 위하여 이 유전자를 결손시킨 마우스를 만들어 본 결과 심장 기형이 초래되어 자궁 안에서 사망하였다. 

이 표지자의 가치는, 만능줄기세포에서 분화를 시키는 과정에서 라트로필린-2 양성세포만을 분리하여 증폭시키면 100% 순수한 심근세포를 대량으로 얻을 수 있다는 것이다. 이번 연구 결과가 진료 현장에 적용되면 심근경색과 심부전 환자에게 손상된 심근의 기능을 회복할 수 있는 효과적인 치료법이 될 것으로 전망된다. 

연구팀은 역분화 만능줄기세포로부터 심근세포로 분화시키는 최적의 조건을 만들었고, 그 과정에서 점차 발현이 증가되는 라트로필린-2(Latrophilin-2, Lphn2) 표지자를 규명하였다. 라트로필린-2 는 세포 표면에 존재하는 G단백질 수용체(G-protein coupled receptor, GPCR) 이기 때문에 유세포 분석법(FACS)을 통한 순도 높은 심근세포를 세포 손상없이 대량으로 얻을 수 있는 장점이 있다.

이번 연구는 보건복지부가 지원하는 세포치료-실용화센터(Strategic Center of Cell and Bio Therapy) 사업단과 연구중심병원 BT(BioTherapeutics) 유닛 프로그램에 참여한 연구진들의 5년여 장기연구의 성과이며 후속 연구 결과들이 발표될 예정이다.


그림 1. 라트로필린-2(Lphn2)를 이용한 세포치료법의 전략.

 
그림 2. 마이크로어레이(Microarray) 분석법

그림 2. 마이크로어레이(Microarray) 분석법을 이용하여 단계별로 유의하게 증가하는 유전자를 탐색했다. 세포 표면에 존재하는 새로운 표지자를 선별하기 위하여 유전자 분류 가운데 G단백질 수용체(G-protein coupled receptor, GPCR)와 2배 이상 증가한 유전자와의 교집합을 분석한 결과 라트로필린-2(Latrophilin-2, Lphn2)를 찾게 되었다. 

<논문링크>
https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/CIRCULATIONAHA.119.040826


Weight Gain After Smoking Cessation and Cardiovascular Events in Young Adults

J Am Coll Cardiol. 2019


박상민 교수(가정의학교실/의과학과 Health system data science lab)

최근 급격한 사회 변화로 인해 상대적으로 박탈감과 소외감을 느끼고 있는 20-30대 세대의 몸-마음 건강문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 젊은 세대의 건강문제를 조기에 발견하고 효과적인 보건의료서비스를 제공하기 위해서, 박상민 교수팀은 20-30대를 위한 타당도 검증된 국가검진 프로그램을 개발하는 국가과제를 수행하였다. 본 연구 결과도 국민건강보험공단 빅데이터의 국내 20-30대 전수 자료를 활용하여 젊은 연령층에서 부족했던 건강증진에 대한 근거를 새롭게 창출하였다.

금연 후 체중 증가는 신체 외형에 관심이 많은 20-30대 젊은 연령대에서 금연을 포기하는 요인 중 하나로 인식되고 있다. 하지만 체중 증가는 임상적으로 중요한 관상동맥질환 및 뇌졸중 등 심혈관계질환의 위험인자여서 금연 후 체중 증가의 건강 영향에 대해 아직까지 젊은 연령대에서 근거 수준이 부족하였다. 서울의대 가정의학교실/의과학과 박상민 교수 연구팀은 (제1저자 김규웅 학생) 20-30대 젊은 연령층에서 금연 후 체중변화와 심혈관계질환 발생 위험도 연관성을 조사하기 위해 국가건강검진을 받은 20-30대의 국민건강보험공단 빅데이터를 활용하였으며 금연 후 체중의 증가 여부와 관계없이 지속흡연자에 비해서 심혈관계질환 위험도가 18% 낮아진다는 것을 밝혔다. 특히, 금연 후 체중증가가 2kg 이상 있는 20-30대 성인은 지속흡연자에 비해 심혈관질환 발생률이 29% 낮은 결과를 보여서, 젊은 성인에게서도 체중 증가와 상관없이 금연을 실천하는 것이 심혈관계질환 예방에 도움이 된다는 임상근거를 빅데이터 분석을 통해 제시하였다.  

박상민 교수가 이끄는 의과학과 Health system data science 연구실은 국내 보건의료 빅데이터를 창의적으로 활용하여 행동의학, 약물역학, 사회역학 및 임상역학 분야에서 다양한 연구를 적극적으로 수행하고 있으며, 20-30대를 위한 타당도가 검증된 국가검진 및 건강증진 프로그램을 개발하기 위한 연구 결과들은 국가 정책에도 반영되어서, 2019년부터는 아직 취업을 못한 학생이나 구직자, 전업주부와 같은 20-30대 피부양자와 세대원 700만명이 추가적으로 국가검진 대상자로 혜택 받게 되었다.


<그림 1. 20-30대 인구집단의 금연 후 체중증가에 따른 심혈관계질환 발생 위험도>
<논문링크>

http://www.onlinejacc.org/content/73/25/3356


A bioprinted human-glioblastoma-on-a-chip for the identification of patient-specific responses to chemoradiotherapy 원발성 뇌암, 교모세포종 칩 (Glioblastoma-on-a-chip) 개발

Nat Biomed Eng. 2019

이희경 박사(의학연구원,공동 1저자)백선하 교수(신경외과학교실, 공동 교신저자)

교모세포종(glioblastoma)은 5년 이내 생존율이 2%에 불과하여, 효율적이고 효과적인 항암 치료 계획을 세울 수 있는 방안이 시급한 난치성 원발성 뇌암이다. 교모세포종의 표준 치료법인 항암제(Temozolomide)-방사선 병행치료를 시행하였을 때, 양호한 치료 결과를 보이는 환자와 치료에 잘 반응하지 않고 병세가 빠르게 악화되는 환자들이 다양하게 관찰된다. 이렇듯 환자에 따라 다른 치료반응을 보이는 경우 실제 치료가 시작되기 전에 뇌암(교모세포종) 세포에 여러 가지 치료 방법들은 미리 테스트해 볼 수 있는 환자 맞춤형 뇌암 (교모세포종) 모델이 필요하지만 아직까지 치료반응을 미리 예측해 볼 수 있는 뚜렷한 방법이 없는 실정이다. 기존에 개발된 ‘환자 유래 암 이식 동물 모델’ 의 경우에는 이식한 환자의 암이 동물의 몸 속에 생착하기 위해서는 오랜 시간이 소요되고 동물의 몸이 인간의 몸과 다른 특성을 보이는 점으로 인해 사람과는 다른 약물 반응이 나타나는 경우가 많다. 이에 본 연구진은 이러한 한계점을 극복하고자, 체외 환경에서 암과 암 주변 환경까지 인간 유래 세포로 만들어진 교모세포종 칩 (Glioblastoma-on-a-chip)을 개발하였다 (그림 1).

본 연구진은 포항공과대학교 조동우 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 3D 바이오프린팅 기술을 적용하여 칩 위에서 교모세포종의 암 환경을 모사할 수 있는 기술을 개발하였다. 교모세포종의 특징을 하나의 칩에 모사하기 위해, 먼저 산소 투과성이 있는 실리콘인 PDMS (Polydimethylsiloxane)를 이용하여 칩의 벽을 3D 프린팅하였고, 뒤이어 환자 유래 교모세포종 세포로 이루어진 바이오잉크와 인체의 혈관 세포로 이루어진 바이오잉크를 순차적으로 프린팅하여 암-기질 구조를 모사하는 동심형 고리 구조를 제작하였다(그림 2). 그리고 바이오잉크를 제작할 때, 뇌 조직의 특성을 모사하고자, 돼지의 뇌에서 유래한 재료로 하이드로젤을 제작하였다. 이 재료는 불필요한 돼지의 뇌세포는 제거하고, 세포와 세포 사이를 이루는 생체 분자 물질인 세포외기질(Extracellular matrix)만을 남기는 방법인 탈세포화 과정을 통해 제작하였다.

실제 교모세포종의 환경을 모사한 칩에 세포를 프린팅해 배양한 결과, 전통적인 체외 세포 배양으로 확인할 수 없었던 세포종의 병리학적 특징이 칩에서 재현됐다. 그리고 항암 치료 효과가 양호했던 환자들에게서 분리한 3종의 교모세포종으로 제작한 칩들은 암세포 생존률이 약 40%이하였던 반면에, 암이 악화된 환자들에게서 분리한 4종의 교모세포종으로 제작한 칩들은 암세포 생존률이 약 53% 이상이었다. 또한, 같은 대상의 위 교모세포종 칩에 기존의 단일 약물을 사용하는 표준치료법을 시험한 칩은 약 54%의 암세포 생존율을 보인 반면, 환자 유전 정보를 베이스로 도출한 최적 항암제 조합을 시험한 칩은 암세포 생존률이 23%까지 떨어졌다. 

본 연구진은 이번 연구 결과가 앞으로 교모세포종 치료법 개발에 활용되어 치료의 어려움으로 인해 고통받고 있는 교모세포종 환자들과 가족들에게 조금이나마 보탬이 될 수 있기를 희망한다. 더 나아가 본 연구에서 개발된 기술이 개인 맞춤 의료 분야, 항암 치료 분야, 신약 개발 분야 등 다방면에 활용되어 난치암 치료법 개선에 기여할 수 있기를 희망한다.

 

<그림 1. 환자 맞춤형 교모세포종 칩을 이용한 항암 치료 예측 개념도>

 

 
<그림2. 교모세포종 온 어 칩 모식도>

<논문링크>
https://www.nature.com/articles/s41551-019-0363-x 


Comparison of Major Adverse Cardiac Events Between Instantaneous Wave-Free Ratio and Fractional Flow Reserve–Guided Strategy in Patients With or Without Type 2 Diabetes: A Secondary Analysis of a Randomized Clinical Trial.

JAMA Cadiol. 2019

구본권 교수(내과학교실)

관상동맥 협착병변의 치료 방침을 결정할 때 관상동맥 내 압력을 이용하여 심근 허혈 여부를 평가하는 fractional flow reserve (FFR) 또는 instantaneous wave-free ratio (iFR)의 사용이 적극 권장되고 있다. 두 지표는 현재 임상현장에서 사용되고 있지만 FFR의 경우 microvascular function에 영향을 받는 지표이고 iFR은 resting condition에 따라 변할 수 있는 지표이다. 당뇨병은 심혈관 질환의 주요 위험인자이고 epicardial coronary artery뿐만 아니라 미세혈관 기능에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라서 이론적으로 당뇨병이 있는 환자에서 FFR과 iFR에 따라 치료 방침을 결정하는 경우 예후가 다를 수 있지만 이에 대한 대규모 연구는 없었다. 이런 임상적 문제에 대한 해답을 찾고자 서울대학교 병원 순환기내과 연구팀은 iFR과 FFR에 따른 예후를 평가한 다국가, 무작위 임상연구인 DEFINE FLAIR연구 대상자를 당뇨병군과 비당뇨병군으로 나누어 예후를 비교하였다. 1년간의 임상사건의 위험도를 당뇨병군과 비당뇨병군으로 나누어 평가하였을 때 두 군 모두에서 iFR에 따른 치료군과 FFR에 따른 치료군의 예후 차이는 없었다(Figure). 이 결과를 바탕으로 향후 임상 진료 현장에서 iFR과 FFR은 당뇨병 유무에 상관없이 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.  

<논문링크>
https://jamanetwork.com/journals/jamacardiology/article-abstract/2738103

Complications in internal jugular vs subclavian ultrasound-guided central venous catheterization: a comparative randomized trial.

Intensive Care Med. 2019

김진희 교수(마취통증의학교실)

최근 수술실, 응급실 그리고 중환자실에서 이루어지는 중심정맥 (Internal Jugular Vein 또는 Subclavian Vein) 삽관술은 대부분 초음파를 이용한 영상의 도움을 받아 시행되고 있어, 해부학적 구조물을 기준으로 삼고 시행하는 기존의 삽관술에 비해 기흉, 동맥천자, 혈흉 등 합병증 발생률이 낮은 것으로 알려져 있다. 하지만 아직까지 초음파를 이용한 중심정맥 (Internal Jugular Vein vs Subclavian Vein) 삽관술의 합병증 발생률을 비교한 대규모 연구는 없는 실정이었다. 분당서울대병원, 서울아산병원, 그리고 보라매병원 마취통증의학과 연구진들은 2012년부터 2018년까지 6년에 걸쳐 1484명의 환자를 대상으로 합병증 발생에 대한 comparative randomized trial을 시행하였다. 

총 합병증 발생률은 두 군에서 유의한 차이가 없었으며 (IJV (0.1%) and SCV (0.7%) P = 0.248) IJV 그룹에서 동맥천자 0.1%, SCV 그룹에서 동맥천자 0.6%, 기흉 0.1% 가 발생하였다. 첫 시도에서 중심정맥 천자 성공률은 IJV (98.4%)이 SCV (95.9%)에 비하여 높았고 카테터 tip의 mispacement는 SCV (5.9%)그룹이 IJV (0.4%)그룹에 비해 유의하게 높았다 (p < 0.001).

본 연구는 초음파를 이용한 중심정맥 삽관술의 매우 낮은 합병증 발생률을 보여주고 있으며 IJV 그리고 SCV 의 개별적 성공률과 합병증 발생률의 결과는 응급실, 중환자실 그리고 수술실에서 어떤 중심정맥을 천자할 것인지를 결정하는데 도움이 될 것으로 생각된다.

<논문링크>
https://link.springer.com/article/10.1007/s00134-019-05651-9

Macrophages in intestinal inflammation and resolution: a potential therapeutic target in IBD

Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2019

석승혁 교수(미생물학교실) 나이랑 연구교수(미생물학교실)

장마크로파지 (intestinal macrophage) 는 장 고유의 기능 유지에 필요한 면역 항상성 조절에 중요한 역할을 하며, 염증과 염증의 종식 모든 과정에서 핵심적 역할을 담당한다. 염증의 종식은 염증기에 유주한 단핵구로부터 분화한 마크로파지에 의해 일어나는 능동적 과정이며, 이 과정에서 형성되는 마크로파지는 항염성 및 조직재생 능력을 획득하고 염증성 대장염 (IBDs, inflammatory bowel diseases)의 완치에 기여한다. 일부 염증성 대장염 환자에서 항염성 마크로파지 분화가 원활히 일어나지 않는 것이 관찰된 바가 있고, TNFα 억제제 (anti-TNFα antibody) 의 대장염 치료 효과가 항체의 Fc portion 에 의한 CD206+ 항염성 마크로파지 형성 때문인 것으로 밝혀졌다. 이 리뷰에서는 이렇게 장의 항상성 유지 및 염증성 대장염 치료 반응에 중요한 장마크로파지가 어떻게 형성되는지 그 기원과 주위 미세환경의 특징을 정리하였다. 나아가 pro-resolving 마크로파지 및 wound healing 마크로파지의 중요성을 밝히고, 이들을 치료적으로 조절하여 염증성 대장염의 점막치유 및 치료 효과를 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다.  

<그림 1. 염증성 대장염 환자에서 관찰되는 장마크로파지의 병리적 변화: 염증성 대장염 환자의 장마크로파지는 미분화 상태의 염증성 표현형을 가지고 TH17 세포의 활성을 유도함>

<논문링크>
https://www.nature.com/articles/s41575-019-0172-4