골수이식의 성공률을 획기적으로 높일 수 있는 길이 열렸다. 

국내 연구진이 조혈모세포의 항상성을 유지하는 특별한 대식세포를 세계 최초로 발견했다. 이 대식세포를 활용하면 골수에서 가장 젊고 분화능력이 뛰어난 ‘최상위 조혈모세포’를 대량 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

김효수·권유욱 서울대병원 교수팀은 ‘αSMA+COX2+ACKR1+ 대식세포’가 최상위 조혈모세포의 분화와 세포 주기를 조절할 수 있는 핵심세포임을 규명한 연구 결과를 8일 밝혔다. 이는 줄기세포 분야 세계 최고 잡지인 ‘셀 스템 셀(Cell Stem Cell, IF; 25.7)’에 지난 7일 게재됐다.

골수이식(조혈모세포 이식술)은 혈액암 환자들에게 완치의 기회를 제공하는 중요한 치료법이다. 백혈병과 같은 혈액암 뿐 아니라, 재생불량성빈혈, 골수이형성증후군, 림프종, 다발성골수종 등의 혈액질환이나 복합면역부전증, 자가면역질환 등 여러 적응증에 대한 치료법으로도 확장할 수 있다.

골수이식 효율을 높이기 위해서는 최상위 조혈모세포를 증폭하는 기술이 필요하지만 아직 초기 단계다. 특히 조혈모세포의 휴면·증식을 조절하여 항상성을 유지하는 세포는 체내에 그 수가 매우 적어서 증명하기 어려웠다.

실제로 독일(Ludwig-Maximilians University), 영국(Queen Mary University), 미국(Harvard University) 공동연구팀은 DARC(ACKR1) 단백질이 다량 발현되는 적혈모구가 조혈모세포의 항상성을 유지하는 핵심세포라고 주장하였으나, 이는 객관적으로 증명되지 못했다.

김효수·권유욱 교수팀은 단핵구·대식세포 특이적 DARC 조건부 녹아웃 마우스 및 고해상도 단일세포 분석 기술을 기반으로 조혈모세포 항상성 조절을 담당하는 핵심세포와 그 기전에 대한 연구를 진행했다.

그 결과, 3중 단백질 마커(αSMA, COX2, DARC)를 동시에 발현하는 극소수의 대식세포가 최상위 조혈모세포의 항상성을 유지하는 핵심세포임이 밝혀졌다.

이 대식세포에서 발현된 DARC 단백질이 조혈모세포의 Kai1 단백질과 결합할 경우, 조혈모세포가 휴면에 들어가면서 영원불멸성을 획득하게 된다

αSMA+COX2+DARC(ACKR1)+ 단핵구/대식세포를 단일세포 수준에서 확인함 (FACS single cell images by ImageStream). (서울대병원 제공)

반대로 DARC-Kai1 단백질 결합이 해체되면 조혈모세포가 증식을 시작하여 혈구세포들이 대량 생성되는 것으로 나타났다.

이 같은 단핵구와 조혈모세포 간  DARC-Kai1 결합을 조절한다면 탁월한 조혈기능을 가진 최상위 조혈모세포를 대량 생산하는 배양 방법을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

나아가 이 기전을 바탕으로 백혈병, 악성빈혈과 같은 골수기능 부전증의 치료제를 개발하고, 골수이식의 성공률을 높이는 데 활용할 수 있을 것이라고 연구팀은 강조했다.

김효수 교수(순환기내과)는 “최상위 조혈모세포의 젊음을 유지한 채 대량으로 증폭, 보관하는 방법이 상용화된다면 최상위 조혈모세포 증식이 필요한 환자들에게 신속하게 공급할 수 있는 맞춤형 치료제 개발이 가능할 것”이라며, “뿐만 아니라 최상위 줄기세포를 공여하는 조혈모세포은행을 만들 수 있는 길이 열릴 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 ‘최상위 조혈모세포의 선별 방법 개발(Cell Stem Cell, 2016)’에 이어서 진행된 후속 연구로서, 보건복지부의 지원을 받아 수행됐다.

김효수 순환기내과 교수(왼쪽)와 의생명연구원 권유욱 교수.(서울대병원 제공)