김지윤 가톨릭대 의대 약리학교실 교수팀이 비만치료의 핵심 단서로 주목받고 있는 ‘GDF15’(Growth Differentiation Factor 15) 호르몬이 단순히 에너지 소비를 활성화시키는데 그치지 않고, 교감신경의 성장과 발달 자체를 촉진해 에너지 소비량을 높인다는 새로운 기전을 규명했다.

그동안 GDF15는 식욕을 억제하고 교감신경을 자극해 에너지 소비를 늘리는 호르몬으로 알려져 왔다. 몸의 에너지 소비 시스템에서 GDF15는 ‘액셀러레이터(가속 페달)’ 역할을 하는 것으로 이해돼왔다. 

이번 연구에서 연구팀은 GDF15가 단순히 액셀러레이터를 밟는 데 그치지 않고, ‘엔진 자체를 키우는’ 역할, 즉 교감신경세포의 성장과 발달을 촉진한다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 교감신경은 체내 에너지 소비를 조절하는 신경망으로, 지방세포에 신호를 보내 열을 발생시키거나(열생성, thermogenesis), 에너지를 소모하게 만드는 역할을 한다. GDF15가 교감신경세포의 성장과 발달을 조절해 에너지 소비와 열 발생을 향상시키는 작용 기전을 설명하는 모식도 

연구팀은 GDF15가 지방조직 내 교감신경의 밀도를 높여 에너지 소비를 늘린다는 사실을 동물실험을 통해 증명했다. GDF15가 과도하게 발현된 쥐는 지방조직 내 교감신경이 많아지고 체온 유지 능력이 향상됐다. 반대로 GDF15 유전자가 결핍된 쥐는 교감신경 밀도가 낮고 에너지 소비가 줄어드는 결과를 보였다.

나아가 연구팀은 GDF15의 수용체(GFRAL)가 기존에 알려졌던 것처럼 뇌에만 존재하는 것이 아니라, 말초 교감신경절(sympathetic ganglia)에도 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 GDF15가 뇌를 거치지 않고도 신경 성장에 직접 관여할 수 있다는 새로운 경로를 제시한 발견이다.

이번 연구는 GDF15의 기능을 ‘신경 활성화’에서 한 단계 확장해, ‘신경 성장 및 발달 조절’이라는 새로운 개념으로 재정의했다는 점에서 학문적 의미가 크다. 이는 GDF15가 단순히 에너지를 쓰게 만드는 신호를 보내는 것이 아니라, 그 신호를 주고받는 신경 구조 자체를 재설계하고 확장함으로써 장기적인 에너지 소비 효율을 높이는 핵심 인자로 작용한다는 것이다.

이러한 발견은 비만뿐만 아니라 당뇨병성 신경병증에 의한 말초신경 손상, 노화로 인한 교감신경 손상 등 다양한 대사질환의 새로운 치료법 개발로 이어질 가능성을 제시한다. 특히 말초 교감신경계에도 존재하는 GFRAL 수용체를 새롭게 규명함으로써, 신약 개발 시 ‘뇌 중심 접근’에서 벗어난 새로운 타깃 전략을 제시한 점이 주목된다. 비만의 근본 원인인 에너지 대사 불균형을 신경 수준에서 바로잡는 새로운 접근법을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 김지윤(왼쪽부터), 이명식, 김진영 교수

이명식 순천향대 의생명연구원 석좌교수는 “이번 연구는 비만 치료의 새로운 패러다임을 제시했을 뿐만 아니라, 신경계의 구조적 복구를 통한 대사질환 치료라는 새로운 연구 방향을 열었다”라며 “GDF15가 손상된 교감신경망을 복원할 수 있다면 노화나 당뇨병과 같은 질환의 근본적 해결책이 될 수 있다”고 말했다.

김지윤 교수는 “지금까지는 GDF15가 단순히 에너지 소비 스위치를 ‘켜는’ 역할로만 생각됐지만 이번 연구를 통해 에너지 시스템의 ‘배선’을 강화하는 설계자로서의 기능을 확인했다”며 “ GDF15 기반의 맞춤형 비만치료제나 신경재생 치료제 개발로 이어질 수 있을 것”이라고 강조했다”

김지윤, 이명식 교수가 교신저자로 이번 연구를 이끌었고, 김진영 연구교수가 제1저자를 맡았다. 이번 연구는 ‘네이처’ 자매지인 생명과학 국제 학술지 ‘Experimental and Molecular Medicine’(IF 12.9) 2025년판에 게재되었으며, 논문 제목은 ‘‘GDF15 regulates development and growth of sympathetic neurons to enhance energy expenditure and thermogenesis’이다. 한국연구재단(NRF) 및 한국보건산업진흥원(KHIDI)의 지원으로 수행됐다.