▲ 김명희 박사

한국생명공학연구원 마이크로바이옴융합연구센터 김명희 박사 연구팀이 장(腸) 마이크로바이옴 내 단백질합성 효소인 AmTARS의 면역 항상성 유지 기능을 규명하는 데 성공하였다.

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.

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.

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

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.

 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.

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

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 예시”라면서 “향후에는 인체와 마이크로바이옴을 합친 ”생명완전체“의 개념에서 생명현상에 관한 연구가 이루어져야 비로소 진정한 정밀의료가 실현될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 저명한 국제학술지인 Cell Host & Microbe(IF 31.316) 6월 2일자 온라인판에 게재되었다.  (논문명 : Secreted Akkermansia muciniphila threonyl-tRNA synthetase functions to monitor and modulate immune homeostasis / 교신저자 : 김명희 박사 / 제1저자 : 김수만 박사(현, 전남대학교), 박신혜 박사과정생)