안전성평가연구소(KIT)는 디젤분진 노출에 따른 호흡기 손상의 발병기전에 있어 세포 내 소기관 중 하나인 소포체의 스트레스에 의한 기능 이상이 중요하게 작용한다는 사실을 증명했다고 28일 밝혔다.
호흡기계의 미세먼지 노출에 따른 만성폐쇄성폐질환, 천식 및 폐암 등 질환의 위험성은 잘 알려져 있지만 호흡기질환 발생의 구체적 기전에 대한 이해는 부족한 상황이다.
특히 소포체 스트레스는 폐의 방어기전에 있어 일차적인 역할을 담당하는 폐포 대식세포의 소기관인 소포체에 디젤분진 노출에 따라 발생하게 되며 이는 소포체의 기능 이상으로 폐 손상이 유발됨을 의미한다.
호흡기질환제품 유효성평가연구단(NCER) 연구팀은 소포체 스트레스 기전 영향 연구를 위해 동물모델과 대식세포주 모델을 통해 독성영향평가 실험을 진행했다.
실험용 쥐의 기도 내에 각 농도별로 디젤분진(25, 50, 100 ㎍/mouse)을 3번 노출한 뒤 염증 지표를 확인했으며 대식세포주에 디젤분진(1, 2, 3㎎/㎖)을 3시간 처리한 후 염증 지표 및 소포체 기능 이상 지표를 확인했다.
그 결과 호흡기에 디젤분진이 노출됐을때 동물모델의 대식세포가 디젤분진을 탐식 작용함으로서 손상된 조직으로 호중구(백혈구 세포 중 하나)가 모여들어 염증을 유발하는 것을 확인했다.
대식세포 모델의 경, 디젤분진 노출 시 사이토카인(TNF-α, IL-1β)과 케모카인(TLR4, CXCL1/KC)의 발현 증가로 인해 염증 반응이 나타남을 확인했다.
또한 디젤분진 노출로 소포체 스트레스 유전자(BiP, CHOP)의 단백질이 증가했으며 이는 단백질의 오접힘이나 비접힘(UPR, Unfolded Protein Response)이 활성화 된 것으로 소포체 스트레스가 유발된 것을 알 수 있다.
디젤분진에 의한 폐 손상은 폐포대식세포가 디젤분진에 의해 노출되면 ROS(Reactive Oxygen Species, 활성산소)의 증가로 산화 스트레스가 발생 하게 되고, 소포체 내 돌연변이 단백질이 축적되는 소포체 스트레스가 발생하게 된다. 이러한 소포체 스트레스는 비접힙 단백질 반응(UPR)을 활성화 시킴으로서 호중구 침윤을 동반하는 폐 염증을 유발하게 된다.
이규홍 호흡기질환제품 유효성평가연구단 박사는 “이번 연구로 미세먼지 성분인 디젤분진 노출의 독성기전을 밝혔다”면서 “미세먼지 노출로 유발된 호흡기 질환에 효과적인 식품·의약품 등의 소재 개발에 활용될 것으로 기대된다”라고 말했다.
한편, 해당 연구 내용은 세계적 학술지 ‘Molecules(IF 3.267)’에 지난해 12월 게재됐으며 논몬명은 ‘Diesel Exhaust Particulates Induce Neutrophilic Lung Inflammation by Modulating Endoplasmic Reticulum Stress-Mediated CXCL1/KC Expression in Alveolar Macrophages’이며 주저자는 김동임 안정서평가연구소, 교신저자는 이규홍 안정성평가연구소이다.
특히 해당 연구는 대기환경복합대응연구사업으로 안전성평가연구소와 한국과학기술연구원이 ‘인체 영향 분석을 통한 미세먼지-생체 위해성 평가 시스템 구축’ 과제로 공동 수행한 바 있다.
