새로운 연구에 따르면 인간 피부의 최상층에서 헤모글로빈이 처음으로 발견되었으며, 헤모글로빈이 피부를 손상으로부터 보호하는 데 도움이 된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 발견은 노화와 암과 같은 피부 질환에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 헤모글로빈은 혈액 내 산소와 결합하여 이를 폐에서 조직으로 운반하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 헤모글로빈에는 피부를 손상으로부터 보호하는 또 다른 역할이 있는 것으로 나타났습니다.
연구자들은 피부의 가장 바깥층인 표피가 자외선과 같은 환경적 문제로부터 우리를 어떻게 보호하는지 이해하는 데 관심이 있었기 때문에 분자 수준에서 피부에 무슨 일이 일어나고 있는지 조사했습니다.
이번 연구의 교신저자인 아마가이 마사유키(Masayuki Amagai)는 “표피는 주로 각질세포로 구성된 각질화 중층편평상피로 구성되어 있다”며 “이전 연구에서는 각질세포 분화와 피부 외벽 형성 과정에서 보호 기능을 갖는 다양한 유전자가 발현되는 것으로 밝혀졌다”고 말했다. 그러나 전사체 분석을 위해 분리된 최종 분화 각질세포를 충분한 수로 확보하기 어렵기 때문에 다른 장벽 관련 유전자들은 이전의 보호를 벗어났다.”
표피각화세포는 피부의 가장 깊은 층(기저층)에서 시작하여 분화 후 위쪽으로 이동하여 여러 층을 형성합니다. 케라티노사이트의 분화단계에서 보호장벽 기능을 갖는 다양한 유전자의 발현이 밝혀지고 있으며, 아토피성 피부염 등의 질병은 유전적 돌연변이에 의해 발생한다.
피부 장벽 메커니즘에 관여하는 알려지지 않은 분자를 확인하기 위해 연구자들은 세 사람의 허벅지와 팔뚝에서 채취한 건강한 인간 피부의 전체 표피와 상부 표피와 마우스 피부에서 고도로 발현된 유전자를 분석했습니다. 연구진은 헤모글로빈의 단백질 소단위 중 하나인 알파글로불린을 코딩하는 HBA1/2 유전자가 인간 피부의 상부 표피에서 높게 발현된다는 사실을 예상치 못하게 발견했습니다. 마찬가지로, 마우스 피부에서는 Hba-a1/a2(인간 HBA1/2와 동일)도 표피 상부에서 높게 발현됩니다.
Amagai는 "우리는 전체 표피와 효소를 사용하여 인간과 쥐 피부에서 분리된 세포 시트인 상부 표피에 대한 비교 전사체 분석을 수행했습니다."라고 말했습니다. "우리는 헤모글로빈 생성을 담당하는 유전자가 표피 상부에서 매우 활동적이라는 것을 발견했습니다. 이 발견을 확인하기 위해 우리는 면역염색을 사용하여 표피 상부의 각질 형성 세포에서 헤모글로빈 알파 단백질의 존재를 살펴보았습니다."
연구자들은 UVA와 UVB를 별도로 피부에 조사한 결과 UVA(UVB는 아님)가 표피 각질세포에서 HBA1/2의 발현을 유도할 수 있다는 사실을 발견했습니다. UVA 조사는 활성산소종(ROS) 매개 각질세포 손상의 주요 원인입니다. 대조군과 비교하여, HBA 녹아웃 각질형성세포의 세포내 ROS 수준이 유의하게 증가했는데, 이는 HBA의 발현이 표피 각질형성세포에서 UVA에 의해 유발된 ROS 생성을 억제하도록 유도됨을 나타냅니다.
세포의 에너지 생산자인 미토콘드리아는 UV 방사선에 의해 생성된 과도한 ROS에 특히 민감하며, UV 방사선으로 인한 미토콘드리아 기능 장애는 광노화라고도 알려진 피부 손상을 직접적으로 유발합니다.
"우리의 연구는 표피 헤모글로빈이 산화 스트레스 하에서 상향 조절되고 인간 각질 세포 배양에서 활성 산소 종의 생성을 억제한다는 것을 보여줍니다"라고 Amagai는 말했습니다. "우리의 결과는 헤모글로빈 알파가 자외선 및 미토콘드리아 기능 장애와 같은 외부 또는 내부 산화 스트레스로부터 각질세포를 보호한다는 것을 보여줍니다. 따라서 각질세포에 의한 헤모글로빈 발현은 피부 노화와 피부암에 대한 내인성 방어 메커니즘을 나타냅니다."
연구원들은 이번 발견이 노화와 암과 같은 ROS 관련 피부 질환을 연구하는 데 중요한 의미를 제공한다고 말했습니다.
이번 연구는 피부과학저널(Journal of Investigative Dermatology)에 게재됐다.