장(腸) 마이크로바이옴의 면역 항상성 유지 기능 규명

- 염증성 난치 면역질환 치료제 개발 기여 기대

□ 한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 마이크로바이옴융합연구센터 김명희 박사 연구팀이 장(腸) 마이크로바이옴 내 단백질합성 효소인 AmTARS의 면역 항상성 유지 기능을 규명하는 데 성공하였다고 밝혔다.

ㅇ 이를 통해 향후 염증성 장질환과 같은 염증성 난치 면역질환 치료제 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

□ 인체에 서식하는 미생물과 이의 유전체를 총칭하는 마이크로바이옴은 인간의 건강과 질환에 직‧간접적으로 관여하는 것으로 알려지며 ‘제2의 장기’로 여겨지고 있다.

ㅇ 다만, 마이크로바이옴의 정확한 역할과 질병-건강 간의 인과관계는 현상적 결과에 의존하며 대부분이 미지의 영역으로 남아있다.

□ 연구팀은 인간 단백질합성 효소가 단백질합성 기능 외에 인체 면역을 조절하는 기능에도 관여한다는 사실을 확인하고, 장 마이크로바이옴 내 단백질합성 효소에 주목하였다.

ㅇ 장내 미생물 중 하나인 아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila, 이하 아커만시아) 균주는 필수 아미노산인 트레오닌(Threonine)을 합성하지 못해, 트레오닌이 풍부한 장 점막층에 의존하여 서식하는 균주로

ㅇ 장 건강을 비롯하여 비만, 대사증후군, 제2형 당뇨병과 같은 다양한 대사장애와 폐암, 피부암 환자의 치료에 긍정적인 효과를 끼치는 것으로 알려져 있다.

□ 연구팀은 아커만시아가 단백질합성 효소인 AmTARS를 항시 분비하여 인체의 염증 상황을 모니터링하면서 이를 조절하는 면역 항상성 매개자의 역할을 한다는 사실을 규명하였다.

ㅇ AmTARS가 면역 대식세포와의 상호작용을 통해 정상 환경에서는 인체 항상성 유지에 필요한 수준의 항염증 사이토카인(Interleukin 10, IL-10)의 발현을 유도하지만, 염증 상황이 발생하면 항염증 사이토카인의 발현 수준을 현격히 높여 항상성 회복을 촉진한다는 것이다.

□ 또한, AmTARS가 대식세포의 막수용체인 TLR2(toll-like receptor 2)와 결합하여 항염증 면역 신호전달 체계를 활성화함으로써 항염증 사이토카인의 생산을 촉진한다는 것도 밝혀내었다.

ㅇ 크론병이나 궤양성 대장염 같은 염증성 장질환 환자의 마이크로바이옴 데이터베이스를 분석한 결과, 염증성 장질환 환자의 장내 아커만시아와 AmTARS의 분포도가 현격히 낮다는 사실을 발견하여

ㅇ 염증성 장질환 마우스에 AmTARS를 주사한 후 혈액과 대장조직을 분석한 결과, AmTARS가 장 대식세포와 상호작용을 통해 혈액 내 항염증 사이토카인의 발현을 증가시켜 대장조직의 손상을 회복시키는 질환 완화기능이 있음을 확인하였다.

□ 연구책임자인 김명희 박사는 “이번 연구에서 규명한 아커만시아 뮤시니필라가 아미노산 확보를 위해 장 점막층에 의존하여 서식하면서 AmTARS를 분비를 통해 인체의 면역 항상성을 도모한다는 사실은, 인체와 공생하는 마이크로바이옴이 어떻게 상호의존적인 관계에서 살아가는지를 명확하게 보여주는 중요한 예시이다.”라면서,

ㅇ “향후에는 인체와 마이크로바이옴을 합친 ”생명완전체“의 개념에서 생명현상에 관한 연구가 이루어져야 비로소 진정한 정밀의료가 실현될 수 있을 것이다.”라고 밝혔다.

□ 한편, 이번 연구결과는 저명한 국제학술지인 Cell Host & Microbe(IF 31.316) 6월 2일자 온라인판에 게재되었으며,

(논문명 : Secreted Akkermansia muciniphila threonyl-tRNA synthetase functions to monitor and modulate immune homeostasis / 교신저자 : 김명희 박사 / 제1저자 : 김수만 박사(현, 전남대학교), 박신혜 박사과정생)

ㅇ 과기정통부 포스트게놈 다부처유전체사업과 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.