인체의 대부분의 조직은 부상 후 스스로 재생될 수 있지만 불행히도 심장 근육 세포는 그러한 조직 중 하나가 아닙니다. 이제 막스 플랑크 연구소의 과학자들은 쥐를 대상으로 이들 세포의 에너지 대사를 재프로그래밍하면 심장마비 후 세포가 재생될 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이를 통해 건강을 위협하는 이 흔한 질병에 대한 새로운 치료법이 열릴 수 있습니다.
심장마비나 기타 부상 후 심장은 섬유성 흉터 조직으로 스스로 복구되어 단기적으로 기관을 결합하는 데 도움이 되지만 이 부분은 심장 근육 세포처럼 뛰지 않습니다. 시간이 지남에 따라 이는 추가적인 심장마비부터 궁극적인 심부전까지 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다.
심근세포와 다른 조직의 주요 차이점 중 하나는 에너지 대사입니다. 신체의 대부분의 조직은 해당과정이라는 과정을 통해 당으로부터 에너지를 얻지만 심장은 지방산 산화라고 하는 지방에서 에너지를 얻습니다. 이것이 심장 세포 재생의 열쇠가 될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.
연구 저자인 Li Xiang과 Yuan Xuejun은 "심장을 재생할 수 있는 동물 종은 주로 심근 세포의 연료로 당과 해당과정을 사용하는 것으로 알려져 있습니다. 인간의 심장도 발달 초기에 주로 해당과정을 사용하지만 더 많은 에너지를 생산하기 때문에 지방산 산화로 전환합니다. 출생 후 에너지 생산이 증가함에 따라 많은 유전자의 활동이 바뀌고 세포 분열 활동이 상실됩니다. 에너지 생산의 개별 대사산물도 유전자 활동을 조절하는 효소의 활동에서 중요한 역할을 합니다."라고 말했습니다. 따라서 우리는 에너지 대사를 재프로그래밍하여 유전자 활동의 변화를 촉발하여 심근세포의 세포 분열 능력을 재개할 수 있기를 희망합니다."
쥐를 대상으로 이 아이디어를 테스트하기 위해 연구팀은 지방산 산화의 핵심인 Cpt1b라는 유전자를 차단했습니다. 물론 실험이 진행되는 동안 쥐의 심장이 자라기 시작했고 세포 수가 거의 두 배로 늘어났습니다.
다음으로 연구진은 Cpt1b가 결핍된 쥐에게 심장마비를 유발한 후 심장이 산소가 풍부한 혈액을 회복하도록 허용했습니다. 이는 심장마비 후 스텐트를 시술받는 환자를 시뮬레이션합니다. 몇 주 후, 테스트 쥐는 대조군에 비해 심장 조직의 흉터가 현저히 줄어들었고, 심장 기능은 심장 마비 전 수준으로 거의 회복되었다고 연구팀은 말했습니다.
주의 깊게 관찰한 후, 연구자들은 이 효과 뒤에 숨은 메커니즘을 확인했습니다. 유전자를 끄면 심장 근육 세포를 덜 성숙한 상태로 효과적으로 재설정하여 재생할 수 있게 하는 일련의 과정이 촉발됩니다.
물론 이는 현 단계에서 쥐를 대상으로 한 개념 증명일 뿐이지만, 인간에게도 적용될 수 있는 경로가 될 수 있다고 연구팀은 밝혔다. Cpt1b에 의해 생성된 효소의 활성을 차단하는 약물을 개발하여 환자가 요구하는 효과를 시뮬레이션하는 것이 가능해야 합니다. 그러나 이는 아직 임상적용과는 거리가 멀다. 다른 연구에서는 줄기세포나 mRNA를 사용하여 심장을 재생하는 데 성공했다는 사실이 밝혀졌습니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.