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- 심장 질환 없는 사망자 20명의 기증된 심장과 심장 이식 받은 환자 57명 질환 심장 비교.
- 심부전 환자에는 당뇨병 환자와 비당뇨병 환자가 모두 포함
- 현미경으로 관찰:당뇨병 환자의 심장 근육, 구조적으로 변형되어 있는 것 확인
- 확인된 분자 패턴은 심장병 환자의 당뇨병 진단 지표로 활용될 수 있을 것으로 기대

당뇨병은 심장에도 영향을 미친다.
제2형 당뇨병은 심장 근육 세포의 에너지 균형과 구조에 영향을 미친다.

치명적인 이중 질환:
의사들은 제2형 당뇨병이 심장 조직의 구조와 심장 세포의 에너지 균형도 변화시킨다는 사실을 발견했다. 당뇨병 환자는 심장 수축력이 떨어지고 혈액을 적게 펌핑할 수 있다. 연구진은 이로 인해 심장 기능이 저하되고 기존 심부전이 악화될 수 있다고 보고했다. 이 연구 결과는 당뇨병 환자의 심부전 위험이 더 높은 이유를 설명한다. 

▲ 당뇨병과 심부전이 있는 환자는 사망 위험이 특히 높다.

심부전과 제2형 당뇨병은 가장 흔한 질환 중 하나다. 두 질환은 종종 동시에 발생한다. 그러나 이 두 질환이 서로에게 영향을 미치는지, 그리고 어떻게 영향을 미치는지에 대한 연구는 지금까지 충분하지 않았다. 당뇨병이 심장 질환 증상을 악화시키고 심부전 발생 가능성을 높이는 것으로 알려져 있다. 그렇다면 그 이유는 무엇일까?

현미경으로 본 기증 심장

시드니 대학교의 벤자민 헌터(Benjamin Hunter)가 이끄는 연구진은 이 문제를 더 자세히 조사했다. 이를 위해, 연구진은 심장 질환이 없는 사망 환자 20명의 기증된 심장과 기증 심장 이식을 받은 환자 57명의 적출된 질환 심장을 비교했다. 심부전 환자에는 당뇨병 환자와 비당뇨병 환자가 모두 포함되었다.

연구진은 두 질환이 연관되어 있을 수 있다고 추정한다. 예를 들어, 세포의 에너지 균형을 통해 연관되어 있을 수 있다. 헌터는 "건강한 상태에서 심장은 주로 지방을 사용하지만, 포도당과 케톤도 에너지 생성을 위한 연료로 사용한다"고 설명했다. 심근이 약화되거나 기능이 저하된 경우, 심장은 특히 높은 수준의 에너지를 필요로 하므로 더 많은 포도당을 흡수한다. 그러나 당뇨병의 경우, 포도당을 세포로 펌핑하는 운반 단백질의 기능이 저하되어 심장 근육 세포가 이용할 수 있는 포도당이 감소한다.

심장의 조직 구조 변화

헌터와 그의 동료들은 당뇨병 환자의 심장에서 이러한 결함의 흔적을 발견할 수 있는지 조사했다. 실제로 현미경으로 관찰한 결과, 당뇨병 환자의 심장 근육이 변형되고 구조적으로 변형되어 있는 것이 확인되었다. 헌터는 "섬유 조직 축적이라는 형태로 심장 근육에 직접적인 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있었다"고 보고했다.

이처럼 딱딱해진 섬유 조직 외에도, 개별 심장 근육 세포는 구조 단백질과 칼슘 결합 단백질이 감소했다. 이러한 변화로 인해 심장은 수축력이 떨어지고 혈액을 덜 펌핑하게 된다. 연구진은 특히 수축기 심박출량이 약해진다고 설명했다.

▲ 실험 설계 개요, 연구 흐름 요약 및 샘플 요약. 연구 흐름 개요. BioRender.com에서 제작 (출처:Left ventricular myocardial molecular profile of human diabetic ischaemic cardiomyopathy / 4 August 2025 / EMBO Molicular Medicine)

미토콘드리아의 에너지 균형 교란

연구진은 광범위한 분자 분석을 통해 당뇨병이 심장 기능에 미치는 추가적인 영향을 확인했다. 예를 들어, 비당뇨병 환자의 심장 근육 세포에서 다양한 대사 분자가 검출되었는데, 이러한 분자들은 당뇨병 환자에게서는 크게 감소하거나 과도하게 존재하는 것으로 나타났다. 헌터는 "심장 질환과 제2형 당뇨병 사이의 연관성은 오랫동안 알려져 왔지만, 이번 연구는 두 질환을 모두 앓는 사람들이 고유한 분자적 특징을 가지고 있다는 것을 처음으로 보여준다"고 말했다.

이러한 패턴은 세포의 에너지원인 미토콘드리아의 에너지 대사에 심각한 변화가 있음을 시사한다. 연구에 따르면 당뇨병 환자의 심근 세포 내 미토콘드리아는 포도당, 케톤, 지방을 너무 적게 섭취해 기능을 수행하기 때문에 심각한 부담과 스트레스를 받고 있다. 미토콘드리아는 짧은 지방산에 의존할 수는 있지만, 이러한 영양소 결핍을 충분히 보충할 수는 없다. 연구진은 심근에서 관찰된 구조적 변화가 이러한 에너지 결핍의 결과일 수 있다고 결론지었다. 

당뇨병 환자의 심근 세포는 심장 박동을 정상적으로 유지할 수 있는 힘과 기능이 부족하다.

새로운 치료 접근법에 대한 희망

이러한 분석 결과를 종합해 볼 때, 당뇨병 환자의 심근 세포는 심장 박동을 정상적으로 유지할 수 있는 힘과 기능이 부족하다는 것을 알 수 있다. 이는 당뇨병이 심근 기능을 손상시키고 기존 질환을 악화시키며 심부전에 적극적으로 기여하는 이유를 설명한다.

시드니 대학교의 수석 저자인 션 랄(Sean Lal)은 "이 연구는 인간에게서 입증된 바 없는 방식으로 심장 질환과 당뇨병을 연결한다"며 "이는 언젠가 수백만 명의 사람들에게 도움이 될 수 있는 잠재적인 치료 전략에 대한 새로운 단서를 제공한다"고 말했다. 당뇨병이 심장 세포의 에너지 균형과 구조를 변화시킨다는 사실을 알게 된 연구진은 이제 새로운 치료법을 구체적으로 시험할 수 있게 되었다. 더욱이, 확인된 분자 패턴은 심장병 환자의 당뇨병 진단 지표로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고: EMBO Molecular Medicine, 2025; doi: 10.1038/s44321-025-00281-9
출처: University of Sydney

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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