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- 심장병은 전 세계적으로 사망 원인 1위 차지. 매년 약 1,800만 명 사망
- 대동맥 판막 밸브는 산소 공급 위해 평생 30억 번 이상 개폐
- 심장 조직은 대동맥 판막에 첫 번째 인산칼슘 소구체가 형성되자마자 오스테오폰틴 단백질을 대량생성한다. 오스테오폰틴은 결절 형성을 늦춰 콜라겐 석회화를 지연시킨다.

석화된 심장
의사들은 대동맥판 석회화를 치료하기 위한 약물을 찾고 있다.

현대 미술관에 쉽게 걸려 있을 법한 거친 붓터치처럼 보이는 이 사진은 실재 인간 심장에서 석회화되고 있는 대동맥 판막의 일부다. 이러한 석회화는 전 세계적으로 가장 흔한 사망 원인 중 하나다. 의사들이 이제 이전보다 더 면밀하게 이 현상을 추적했으며 심지어 해독제에 대한 결정적인 접근 방식을 찾았을 수도 있다. 

▲ 대동맥 판막의 이 부분은 이미 부분적으로 석회화돼 있다. © 이미지 제공: Mayandi Sivaguru 및 Bruce Fouke, Roy, J. Carver 생명공학 센터, 일리노이 대학교

심장병은 전 세계적으로 사망 원인 1위를 차지하고 있다. 매년 약 1,800만 명이 사망하고 있다. 사망의 대부분은 4개의 심장 판막 중 하나인 대동맥 판막의 석회화로 인해 발생한다. 대동맥 판막은 산소가 풍부한 혈액이 심장에서 신체로 펌핑되는 일종의 관문 역할을 한다. 평생 동안 밸브는 이러한 목적으로 30억 번 이상 열리고 닫힌다. 그러나 칼슘 침전물이 대동맥 판막을 경화시키면 더 이 역할을 수행할 수 없으며 영향을 받은 사람은 제때에 의학적 도움을 구하지 않으면 사망하게 된다.

약을 찾고 있다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 마얀디 시바구루(Mayandi Sivaguru)는 “신체의 모든 기관은 완벽한 상태일 수 있지만 대동맥 판막이 작동을 멈추면 생명이 끝난다”고 설명한다. 영향을 받은 사람을 구할 수 있는 유일한 방법은 석회화된 대동맥 판막을 새로운 인공 판막으로 교체하는 위험한 수술이다.

석회화를 늦추거나 역전시킬 수 있는 적절한 약물이 있다면 아픈 사람들은 그러한 수술을 피할 수 있다. 그러나 지금까지 그러한 약물 개발을 가능하게 하는 현상에 대한 세부 사항은 너무 적었다. Sivaguru와 그의 팀의 연구가 시작되는 곳이다. 의사들은 사망한 사람들의 심장을 사용해 대동맥 판막 석회화와 관련된 과정을 이전보다 더 자세히 조사하고 인체의 자연 방어 메커니즘도 검색했다.

▲ 대동맥 판막 전단지의 생리적 맥락과 수직 조직 학적 냉동 절편. (a), 해부된 전체 유산 심장의 우수한 모습. 큰 mm 크기의 응집된 ACP 결절은 전단지 조직(흰색 상자) 내에서 자란다. (b), (a)에 표시된 전체 심장 해부에 해당하는 600μm 해상도 CT 스캔. 밝은 흰색 영역은 ACP 침전물의 분포를 나타낸다. (c), 비관상동맥 대동맥 전단 내 집합체 ACP 결절의 3μm 해상도 Micro-CT 스캔((a) 및 (b)의 흰색 상자. (d), 변경되지 않은 콜라겐의 섬유사 조직 내 동시 발생(파란색) 복굴절), 변경된 콜라겐 및 SMC 근필라멘트(노란색에서 빨간색 복굴절) 및 결절(비복굴절). 숫자는 그림 2의 paragenetic 시퀀스 이벤트를 나타낸다. 마이크로 CT = 마이크로 컴퓨터 단층촬영.CPOL = HSC = 조직학 냉동절편. (출처:Published: 28 May 2024 Osteopontin stabilization and collagen containment slows amorphous calcium phosphate transformation during human aortic valve leaflet calcification)

모든 것은 구슬에서 시작

결과: 

의사들이 보고한 대로 대동맥 판막의 석회화는 심장 판막의 평활근층에 작은 인산칼슘 공이 형성되면서 시작된다. 시간이 지남에 따라 이 구슬은 함께 융합되어 판막의 일반적으로 유연한 콜라겐 위에 점차적으로 딱딱해지는 층을 형성해 쓸모 없게 만든다. 위 이미지(대동맥 판막의 일부)에서 이미 석회화된 콜라겐은 노란색에서 빨간색으로 표시되지만 파란색으로 표시된 부분에서는 콜라겐이 여전히 변하지 않았다.

대동맥 판막 석회화가 발생할 가능성은 한편으로는 유전적으로 결정되지만, 다른 한편으로는 우리 혈액의 자연적 구성으로 인해 어느 시점에서는 모든 사람에게 영향을 미친다고 수석 저자인 대학의 Bruce Fouke는 말했다. 일리노이 주의 한 사람은 이렇게 설명한다. “우리의 혈액은 칼슘과 인산염으로 포화되어 있다. 우리의 혈액 화학, 생물학 및 구성을 고려할 때 콜라겐의 석회화와 소구의 성장은 불가피하다.”

약을 찾는 길

나이가 들수록 석회화는 불가피하기 때문에 Sivaguru와 그의 팀이 발견한 것처럼 우리 몸은 석회화 과정을 늦추는 다양한 보호 메커니즘을 개발했다. 우리의 심장 조직은 대동맥 판막에 첫 번째 인산칼슘 소구체가 형성되자마자 오스테오폰틴 단백질을 대량으로 생성한다. 오스테오폰틴은 결절 형성을 늦춰 콜라겐 석회화를 지연시킨다.

이 메커니즘은 미래의 약물에도 사용될 수 있다. “오스테오폰틴의 방출을 촉진하는 것은 석회화를 위협이 되지 않거나 외과적 개입이 필요하지 않은 지점까지 늦추는 중요한 새로운 목표가 될 수 있다”고 Fouke는 설명했다. 어떤 시점에서는 적절한 약물이 석회화를 단지 늦추는 대신 완전히 역전시킬 수도 있다고 의사들은 희망한다.
(Science Reports, 2024; doi: 10.1038/s41598-024-62962-8)
출처: University of Illinois at Urbana-Champaign

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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