점프력은 유전자가 결정한다? 모두 알다시피 운동을 많이 하면 근육이 늘어나고 운동능력이 향상되는 것을 알고 있다. 그런데 여러가지 운동 중에 점프를 하는 운동을 많이 하게 되면단순히 근육만 발달하는게 아니고 힘줄도 더 강해진다. 그동안 어떻게 힘줄이 가해지는 힘에 적응하여 튼튼해지는지 그 기작은 잘 알려져 있지 않았다. 이 문제를 해결하기 위해 취리히에서 연구하던 Fabian Passini는 힘줄세포(tendocyte)라는 세포가 힘줄안에 위치하고 있어 힘줄에 가해지는 힘에 반응한다는 사실을 밝혀냈다. 힘줄세포에 존재하는 이온채널 겸 기계적수용기 역할을 하는 단백질(PIEZO1)을 찾아냈고, 그 유전자를 knockout시킨 생쥐를 조사해본 결과 꼬리에 연결된 힘줄이 약하다는 사실을 알아냈다. 이와는 반대로 PIEZO1을 활성화시키는 물질을 쥐에 처리하거나 Piezo1을 보다 잘 반응하도록만든 기능획득 돌연변이 유전자(gain-of-function mutant)를 넣은 생쥐의 경우 튼튼한 힘줄을 갖게 된다는 사실을 알 수 있었다. 이어진 연구에서 PIEZO1은 신장력에 반응하여 칼슘에 대한 통로가 열리도록 하여 세포내 신호를 생성하고 그 결과로 콜라겐을 서로 연결하는 유전자를발현시키거나 콜라겐 생산 자체를 증가시킨다는 사실을 알아냈다. 즉, 더 강한 힘줄이 되도록 한다. Piezo1의 gain-of-function mutant는 일부 사람들에게서도 발견된다. 특히 아프리카계 미국인에서 많이 발견되며, 이 돌연변이를 가진 사람들은 평균적으로 더 높이 점프할 수 있다는 사실을 알아냈다. 이 논문의 말미에 "만약 정상급 체육인 중에서 이런 돌연변이를 가지고 있는지 알아보면 재미있을 것 같다.”고 첨부하였다. 이 논문이 아프리카계 인종의 뛰어난 운동능력을 설명해줄 수도 있을 것 같다. 하지만 논문에서도 나와 있듯이 점프력 자체에는 영향이 없었다. 다만 힘줄의 탄력을 이용한 점프력이 증가했다. 즉, 보편적인 운동능력은 여러 가지 요인이 있기 때문에 쉽게 결론 내리기는 어려울 듯하다. 한가지 염려스러운 것은 PIEZO1의 인위적인 자극이 힘줄을 튼튼하게 만들 수 있는지 여부인 것 같다. 만약 그렇다면 새로운 종류의 약물이 도핑테스트에 첨가되어야 하는게아닐까? Offord C, 2021, Mechanosensory protein helps tendons stiffen after exercise. TheScientist, Sep 1, 2021. F.S. Passini et al., “Shear-stress sensing by PIEZO1 regulates tendon stiffness in rodents and influences jumping performance in humans,” Nat Biomed Eng, doi:10.1038/s41551-021-00716-x, 2021.

항바이러스 면역력으로 피부 노화까지 해결? 노후 세포(senescent cell)는 더 이상 분열하진 못하지만 죽지도 않고 우리 몸에 축적될 수 있다. 이들은 우리 몸에 여러 가지 암을 비롯한 퇴행성질환을 유발하는 만성 염증을 일으키기도한다. 생쥐의 경우 이런 노후 세포들을 노화된 조직에서 제거하는 것이 조직의 평형을 회복시키고 수명을 연장하는 것으로 알려져 있다. 여기 메사추세츄 종합병원(Massachusettes General Hopital, MGH)의 연구진이 조직내 존재하는 바이러스를 제거하는 인간 특유의 면역시스템이 피부에 존재하는 노후한 세포들을 감지하고 제거할 수 있음을 발견했다. 이번 Cell지에 발표된 연구에서 따르면 젊은 피부와 늙은 피부를 이용해 노후한 세포를 제거하는능력을 비교해 봤다. 실험결과는 일단 나이가 들면 killerCD4+ T세포(cytotoxic T cell, 세포독성 T세포)의 수가 감소하는 것을 발견했다. 또한 이 세포의 수가 많으면 피부 조직내 노후한 세포의 수가 줄어드는 것으로 나타났다. 어떻게 세포독성 T세포가 나이든 세포들을 골라내는지 알아본 결과 늙은 세포들은 인간 사이토메갈로 바이러스 (cytomegalovirus, CMV; 거대세포 바이러스)가 만들어내는 항원을 발현한다는 사실을 알아냈다. 즉, 대부분의 사람에게 이미 감염되어 있는 하지만 휴면상태로 존재하는 이 사이토메갈로 바이러스의 단백질이 나이든 세포에서 발현되기 시작하면 이를 세포독성 T세포가 인식하고 공격하여 늙은 세포를 제거한다는 것이다. 이 연구에 참여한 MGH 소속 Shawn Demehri박사는 “우리 연구는 인간 사이토메갈로 바이러스에 대한 면역반응이 노화된 조직의 평형을 유지하는 역할을 한다는 사실을 밝힌 것입니다.”라고 주장했다. 이어 “우리 대부분은 이미 사이토메갈로 바이러스에 감염되어 있고 우리 면역계는 이 바이러스의 단백질을 발현하는 노후 세포들을 제거하는 방향으로 진화해 온 것 같다.”고 했다. 이 발견으로 살아있는 바이러스를 이용하여 유용하게 활용할 수 있는 방법을 알게 되었다. 즉, 우리 몸에 항-바이러스 면역체계를 증진하여 노후 세포들을제거할 수 있다는 것이다. Demehri박사는 이어 “이 사이토메갈로 바이러스에 대한 면역력을 이용하여 암, 섬유증 그리고 여러 퇴행성 질환들을 치료할 생각.”이라고 말했다. 그리고 이런 질병뿐 아니라 피부를 젊게 보이는 화장품 개발에도 활용할 수 있을 것이라고 했다. EurekaAlert! News Release 30-Mar-2023, Boosting the body’s anti-viral immune response may eliminates aging cells. Hasegawa T, Oka T, et al., Cytotoxic CD4+ T cells eliminate senescent cells by targeting cytomegalovirus antigen.DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.02.033

술깨우는 호르몬: FGF21 호르몬으로 술을 깬다: 동물실험 알코올 섭취에 자극받아 나오는 호르몬이 각성과 경각심을 증가시켜 술에 취한 생쥐를 회복시키는 것으로 알려졌다. 섬유아세포 생장인자21(Fibroblast Growth Factor 21, FGF21)은 사람이나 생쥐 모두에서 굶거나 알코올섭취와 같은 대사성 스트레스에 의해 발현이 유도되는 것으로 알려져 있다. 동물실험에서 FGF21은 알코올을 덜 먹게 하고 물을 많이 마시게 한다. 이는 자연계에서 과일발효 등 자연적으로 생성된 알코올을 섭취했을 때 작은 동물들이 겪을 수 있는 위기상황을 방지하는 효과가 있다. 이제 과학자들은 이 호르몬의 또 다른 작용을 발견했는데: 이 것이 없으면 술 취한 생쥐가 다시 운동능력을 회복하는데 보다 많은 시간이 필요하다는 것이 알려졌다. 이는 지난 3월 7일 Cell Metabolism에 발표된 것으로 뇌줄기의 각성과 경각심을 관장하는 노르아드레날린성 신경(noradrenergic neuron, 노르에피네프린을 신경전달물질로 생산하는 신경)들을 통해 이루어진다. 이는 알코올 독성을 완화시키는 치료에 활용될 수 있을 것이라고 저자들은 주장한다 - 다른 전문가들은 알코올에서 “깨다”라는 말을 사용할 때는 조심해야 한다고 주의한다. 이 연구를 주도한 UT Southewstern Medical Center의 David Mangelsdorf와 steven Kliewer는 FGF21 knockout mice(FGF21 유전자가 없는 생쥐)를 만들어 정상적인 생쥐와 함께 사람으로 치면 완전히 취해 쓰러질 정도의 알코올에 노출시켰다. 그 다음 이들이 깨어나는데 걸리는 시간(뒤집어 놓았을 때 완전히 취한 생쥐는 그대로 있는데 정신이 들면 본능적으로 본 위치하는데까지 걸리는 시간)을 비교해보았다. 그 결과 FGF21유전자가 없는 생쥐는 정상 생쥐에 비해 약 2시간 정도 늦게 깨는 것으로 나왔다(3.9시간대 5.8시간 후). 이 연구팀은 FGF21을 외부에서 투약했을 때 회복하는데 걸리는 시간이 단축되는지도 조사했다. 결과는 높은 농도의 FGF21을 투여했을 때 약 1.5시간 단축되는 것으로 나왔고 이때 혈중 알코올 농도는 차이가 없었다. 즉, 알코올 분해 능력이나 배설 능력에 영향을 준 것은 아니라는 것이다. 이런 FGF21의 효과는 FGF21 수용체가 뇌의 청반부위(locus coeruleus부위)의 노르아드레날린 분비 신경세포에서 발현되지 않게 만든 생쥐에서는 나타나지 않았다. 이 뇌줄기 부위는 각성과 경각심, 주의력을 주관하는 부위이다. 따라서 이 연구 결과는 FGF21의 효과가 나타나기 위해서는 이 신경세포들이 FGF21에 반응할 필요가 있다는 점을 알려주었다. 같은 효과가 사람에게서도 일어날지는 아직 모른다. 이를 사람에게 적용할 지에 대해서는 연구자들에 따라 의견이 분분한 것 같다. 이는 예전에 술 취하지 않게 하는 약품들이 시판되었을 때도 발생했던 일이다. 즉, 알코올 성분의 분해를 통해 정신적으로는 멀쩡해 지지만 사실 알코올은 신경에만 영향을 주는 건 아니다. 그러다 보니 간이나 그밖에 다른 장기에 좋지 않은 영향을 주어 도리어 건강에 악영향을 미치게 되었기 때문이다. 하지만 이런 연구는 꼭 알코올에 국한된 연구는 아니라고 본다. 각성과 주의력 등은 인간의 정신 능력 중에 중요한 부분이고 인간의 주의력이 떨어졌을 때 발생할 수 있는 사고들을 미연에 방지하거나 줄일 수 있을 가능성도 있기 때문이다. ​ The Scientist, Hormones sobers up drunken mice: study. Alejandre Manjarrez Ph.D. Mar 8, 2023

새로운 비만 치료제와 효과 비만치료의 게임 체인저: 과학자들이 뭘 알아낸걸까? 새로운 비만치료제가 좋은 효과를 보는 사람들의 특징을 알아내다. 생물학의 혁신적인 발전으로 놀라운 효과를 가진 비만 치료제들이 나오고 있다. 예를 들어 세마글루타이드(Semaglutide)는 복용자의 약 1/3에서 체중을 20% 이상 줄이는 효과를 보였다. 이와 경쟁관계인 틸제파타이드(Tirzepatide)도 임상에 참여한 사람들의 반정도가 비슷한 효과를 보였다. 이런 높은 수치에도 불구하고 이 약들이 모든 이에게 듣는 것은 아니란 점이 확실하다. “모든 사람들이 시도해보지만 그들 모두가 반응하는 것은 아니다.” Mayo Clinic의 비만 전문가인 Andre Acosta의 말이다. 이제 semaglutide나 tirzepatide가 사용된지 꽤 되면서, 건강식품 판매자들이 어떤 사람들에게 잘 듣는지 차츰 알게되었다. 배고픈-뇌? 배고픈-위? 이들 약품은 식욕을 억제하는 호르몬인 glucagon-like peptide-1 (GLP-1)과 유사한 것들이다. 2021년 미국 FDA가 semaglutide를 Wegovy라는 상품명으로 허가를 내주었다. 그 뒤 tirzepatide는 Mounjaro라는 상품명으로 제2형 당뇨에 대해서만 허가를 내주었지만 체중조절약으로 처방되고 있다. 전문가들은 이 약품들에 대한 환자의 반응이 비만의 원인에 따라 다르다는 것을 알았다. 이런 관찰이 Acosta와 동료들로 하여금 각 환자들에 맞는 약물을 개발하도록 자극했다. 이들은 환자를 크게 4 그룹으로 나누었다. : 1. 포만감을 위해 많이 먹는 사람들(배고픈-뇌), 2. 일반적인 식사량에도 포만감을 느끼지만 식사 후 곧 배고품을 느끼는 사람들(배고픈-위), 3. 감정을 죽이기 위해 먹는 사람들(감정 섭식자), 4. 선천적으로 신진대사가 느린 사람들(느린 대사). 배고픈-위 유형에 해당하는 사람들이 이 새로운 약에 잘 반응하는 것으로 나타났다. Acosta는 “원인은 잘 모르지만 가설을 세우자면, 아마도 이들의 GLP-1 호르몬 농도가 낮으며 따라서 GLP-1 유사물질을 주면 잘 반응하는 것같다.”라고 하였다. Mayo Clinic에서는 GLP-1 유사 약품의 원조격인 리라글루타이드(liraglutide)를 사용했을 때 배고픈 위 유형의 환자들은 다른 일반 비만환자들에 비해 약 2배의 감량효과를 보였다. Weill Cornell Medicine의 내분비학자인 Beverly Tchang은 Acosta연구팀이 최초로 비만을 4 그룹으로 나누었다고 한다. 그녀의 경험에 따르면 배고픈-위에 해당하는 사람들이 GLP-1 유사약품에 더 잘 반응한다는데 동의한다고 한다. 다른 연구팀들도 Acosta의 가설을 지지하는 것으로 알려졌다. “semaglutide가 위에 작용하여 포만감을 느끼도록 하는 것.”이라고 말한다. Cleveland Clinic의 Peminda Cabandugama에 따르면 일주일에 한번 주사하는 방식으로 투여되는 방식은 불규칙한 스케줄과 잦은 근무시간 변경을 경험하는 사람들에게 혜택을 줄 수 있다고 한다. 이들은 정확한 시간이나 날자를 맞춰 복용하기가 어렵기 때문이다. 평생 처방? 연구자들은 어떤 사람들이 가장 효과를 보는지 알고자 하였고 또한 언제까지 복용해야 하는지에 대해서도 알고자 하였다. 복용한지 20주가 지난뒤 약을 끊은 사람들은 원래의 체중으로 돌아왔고 계속 복용하는 사람들은 줄어든 체중을 유지할 수 있었다. Acosta는 이제 비만은 일종의 만성질환으로 이해해야 한다고 한다. 이들에 대한 치료도 오래 유지될 수 밖에 없다는 것이다. “오랜 기간이라는게 얼마나 긴 기간인지는 아무도 모르죠. 다만 평생은 아니었으면 합니다. 어쨌든 이 부분에 대해서는 연구가 필요하다고 생각합니다.” Tchang에 따르면 또 한가지 문제는 이 약들은 너무 효과적이어서 얼마까지 체중을 줄이면 되는지에 대해 토의해야 할 시점이라고 한다. 체중감소는 지방과 근육의 감소를 의미한다. 이런 근육의 감소는 심혈관계에 무리를 줄 수 있고, 골다공증 등 다른 질환의 문제를 일으킬 수 있다-특히, 노인이나 심혈관계 질환을 앓았던 사람의 경우는 문제가 될 수 있다. 이런 사람들에겐 체중 감소가 사망률을 높이는 소위 비만역설이 적용된다. 이런 고위험군의 사람들에겐 무작정 체중 감소를 목표로 하지 않고 비만-관련 장애, 지방간, 수면장애나 당뇨병 등 특정한 증세를 개선하는 것을 목표로 삼기 시작하고 있다. 이런 균형을 유지하기 위해 차츰 낮은 농도로 처방하는 방법을 시도하고 있다. “우리는 사람들이 질병의 확률을 낮추고 삶에 질을 높여 건강하게 지낼 수 있는 범위를 찾고자 하는 겁니다.” Tchang은 말을 이었다. “이는 무조건 살을 빼고자 하는 건 아니라는 거죠,” Nature news, Game-changing obesity drugs go mainstream: What scientists are learning. By Mariana Lenharo, 23 May 2023 doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01712-8