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- 표피 내 헤모글로빈 형성의 첫 번째 증거는 중요한 보호 기능
- 헤모글로빈이 혈액 내 가스 운반체일 뿐만 아니라 혈액 색소가 항산화제 역할도 해

우리의 피부도 헤모글로빈을 생성한다.
표피 내 헤모글로빈 형성의 첫 번째 증거는 중요한 보호 기능을 암시한다.

놀라운 발견:
적혈구 색소인 헤모글로빈은 분명히 골수나 내부 장기에서만 생성되는 것이 아니라 피부에서도 이 분자가 생성된다. 따라서 표피와 모낭의 케라틴 세포는 적혈구 색소를 생성한다. 피부 표면에 가까울수록 헤모글로빈 생성이 더욱 집중된다. 연구팀은 이것이 공격적인 산소 라디칼로 인한 세포 스트레스로부터 세포를 보호하는 역할을 한다고 의심한다. 

▲ 보라색 형광 표시는 헤모글로빈이 인간 표피 세포에서 형성된다는 것을 나타낸다. © Tahara et al./ Journal of Investigative Dermatology, CC-by 4.0

우리의 피부는 우리 몸의 가장 중요한 보호 장벽이자 동시에 환경과의 가장 큰 접촉 표면이다. 그러므로 한편으로는 투과성이 있어야 하지만, 다른 한편으로는 방사선, 독극물, 박테리아와 같은 외부 영향으로부터 잘 보호해야 한다. 이는 무엇보다도 표피의 정교한 구조에 의해 보장된다. 표피의 세포인 각질형성세포는 지속적으로 형성되어 기저층에서 바깥쪽으로 이동한다. 그 과정에서 각질화되고 납작해지며 최종적으로는 바로 바깥쪽에 죽은 세포를 보호하는 덮개가 형성된다.

성숙한 피부 세포에서는 어떤 일이 일어나는가?

30~40일의 수명 주기 동안 피부 세포는 유휴 상태가 아니다. 각질 세포는 성숙함에 따라 환경 영향으로 인해 증가하는 스트레스에 유전적으로 적응한다. 피부 표면으로 이동함에 따라 방사선 및 기타 유해한 영향으로부터 피부를 보호하기 위한 다양한 유전자가 활성화된다. 그러나 이들이 정확히 어떤 유전자인지, 어떤 기능을 하는지는 부분적으로만 밝혀졌다.

요코하마 통합의학센터의 타하라 우미(Umi Tahara)와 그의 동료들의 연구가 여기에 해당된다. 그들은 유전자 활동에 대해 세 사람의 팔뚝과 허벅지의 피부 샘플을 조사했다. 이를 위해, 그들은 상피 표피의 피부 세포에 어떤 RNA가 존재하는지 분석했으며, 이러한 각질 형성 세포에서 현재 어떤 유전자가 활발하게 판독되고 있는지 확인할 수 있었다.

▲ 헤모글로빈 A(보라색)는 엉덩이 부위의 피부 샘플에서 알 수 있듯이 표피와 모낭의 각막세포에서 생성된다. © Tahara et al./ Journal of Investigative Dermatology, CC-by 4.0

표피는 혈액 색소 헤모글로빈을 생성한다.

놀라운 결과는 다음과 같다. “우리는 헤모글로빈 생산을 위한 유전자가 표피의 상부에서 매우 활동적이라는 것을 발견했다”고 연구원들은 보고했다. 피부 상층의 각질세포에서는 적혈구 색소의 대부분을 구성하는 단백질 복합체인 헤모글로빈 A가 집중적으로 생성된다. 일반적으로 4개의 단백질 하위 단위와 철 이온으로 구성된 헤모글로빈은 골수에서 혈액이 생성되는 동안 형성되지만, 이 분자는 신체의 다른 조직에서도 그 정도가 덜 검출된다.

반면에 인간의 피부는 헤모글로빈 생산 장소로서 완전히 새로운 것이다. 과학자들이 설명하는 것처럼 표피에서 이 단백질 복합체의 형성은 지금까지 관찰된 적이 없다. 그들의 분석에 따르면, 헤모글로빈-A는 표피의 성숙한 각질세포와 모낭의 각질세포 모두에서 형성된다. 쥐 피부를 대상으로 한 추가 연구에서는 이것이 외부 피부 영역의 표피에만 적용되는 것으로 나타났다. 구강, 식도 및 표피로 덮인 기타 기관의 피부에는 헤모글로빈이 없다.

헤모글로빈은 산화 스트레스로부터 피부 세포를 보호한다.

그러면 주로 가스 운반체로 알려진 이 단백질이 우리 피부에서 어떤 역할을 할까요? "우리의 결과는 헤모글로빈이 산화 스트레스로부터 피부 세포를 보호한다는 것을 시사한다"고 도쿄 게이오 대학의 수석 저자 아마가이 마사유키(Masayuki Amagai)는 설명한다. 이러한 세포 스트레스는 피부의 분자가 UV 방사선에 의해 분해되고 자유 라디칼이 형성될 때 발생한다. 이는 세포 기능을 방해하고 세포 손상을 일으킬 수 있는 반응성이 높은 산소 화합물이다.

피부에서 발견된 헤모글로빈은 분명히 이러한 세포 손상을 방지하는 데 도움이 된다. 추가 테스트에 따르면 피부에 UV 광선을 조사하면 피부 세포의 헤모글로빈 생성이 증가하는 것으로 나타났다. “산화 스트레스 동안 표피 세포는 헤모글로빈 생산을 상향 조절했다”고 Amagai가 보고했다. 이에 대한 가능한 이유는 혈액 색소가 산소와 결합할 수 있기 때문에 유해한 산소 라디칼을 흡수하여 세포의 산화 스트레스를 감소시키기 때문이다.

▲ 그림 1. 인간과 생쥐의 상부 표피에서 헤모글로빈 α/β의 mRNA 발현. (a) 인간 표피 시트 준비의 개략도. (출처: 관련논문 Keratinocytes of the Upper Epidermis and Isthmus of Hair Follicles Express Hemoglobin mRNA and Protein / Journal of Investigate Dermatology)

가스 수송체이자 항산화제를 동시에

이는 헤모글로빈이 혈액 내 가스 운반체일 뿐만 아니라 혈액 색소가 항산화제 역할도 한다는 것을 의미한다. 표피의 활성 산소 화합물을 포착해 피부 세포를 손상으로부터 보호한다. 헤모글로빈을 생성하는 능력은 아마도 피부 보호 기능의 중요한 부분일 것이다. “케라티노사이트에 의한 헤모글로빈의 형성은 피부 노화와 암에 대한 내인성 방어 메커니즘을 나타낸다”고 Amagai는 말했다.

그러나 헤모글로빈이 적혈구처럼 4개의 상호 연결된 하위 단위 형태로 피부에도 존재하는지 여부는 여전히 불분명하다. 또한 겸상 적혈구 빈혈이나 지중해빈혈과 같은 유전 질환의 유전적 결함이 피부 내 헤모글로빈의 보호 기능에도 영향을 미치는지도 명확히 밝혀지지 않았다. (Journal of Investigative Dermatology, 2023; doi: 10.1016/j.jid.2023.08.008)
출처: Elsevier

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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