유승아 가톨릭대 의대 의생명과학교실 교수(교신저자), 이수현 연구원(제1저자), 김완욱 포스텍-가톨릭대의생명공학연구원 교수(교신저자), 김영민 대구대 환경기술공학과 교수팀은 류마티스관절염 환자의 관절 속에서 미세플라스틱이 실제로 존재한다는 사실을 세계 최초로 확인했다고 16일 밝혔다. 또 미세플라스틱이 면역계를 자극해 관절염을 악화시키는 과정을 과학적으로 규명했다. 

 

공동 연구팀은 환자 샘플 분석, 세포실험, 동물모델 실험을 연계한 세밀한 연구 전략으로 미세플라스틱의 면역독성 작용을 다각적으로 규명했다.

 

연구팀은 류마티스관절염 환자의 ‘활액(관절을 둘러싼 활막에서 분비되는 관절액, synovial fluid)’을 정밀 분석하는 데 성공했다. 미세플라스틱의 성분을 분해·측정해 정확한 정량이 가능한 첨단 장비인 Py-GC/MS/MS으로 분석한 결과, 생활용품 등에서 널리 사용되는 플라스틱 소재인 폴리스티렌 미세플라스틱(polystyrene microplastics, PS-MPs)을 정량적으로 검출하는 데 성공했다. 그동안 추정해오던 ‘미세플라스틱이 신체 내부 조직에 축적될 수 있다’라는 가설을 류마티스관절 조직에서 세계 최초로 입증한 사례다.

 

이에 그치지 않고 5μm(마이크로미터) 크기의 폴리스티렌 미세플라스틱(머리카락 굵기인 약 70μm보다 훨씬 작은 크기여서 쉽게 세포 속으로 침투가 가능)을 이용해, 세포·동물 모델 실험까지 확장하여 미세플라스틱이 관절염을 어떻게 더 심하게 만드는지 원인을 규명하기 위해 체계적으로 면밀히 분석했다. 폴리스티렌 미세플라스틱(PS-MPs)이 류마티스 관절염 병태를 악화시키는 in vitro·in vivo 기전

PS-MPs가 류마티스관절염 환자의 활액에서 검출되고 환자 유래 활막섬유아세포의 염증성 사이토카인과 MMP 발현을 증가시키며, 세포의 이동성과 침습성을 촉진한다. In vivo에서는 PS-MPs 장기 노출 시 관절염이 악화되며, PS-MPs로 자극한 RA-FLS를 이용한 xenograft 모델에서도 연골 파괴와 대식세포 침윤이 증가한다.

세포실험(in vitro)에서는 폴리스티렌 미세플라스틱이 류마티스관절염 환자 유래 활막섬유아세포(관절 안쪽을 이루는 세포, RA-FLS)에 내재화돼 NF-κB 및 MAPK 신호 경로를 활성화시키고, 염증성 사이토카인(IL-6, IL-8 등)과 조직파괴 효소(MMP3, MMP9)의 발현을 유도하는 한편 세포의 이동성과 침습성까지 증가시키는 것으로 나타났다. NF-κB·MAPK는 염증반응을 조절하는 ‘스위치 역할’을 하는 신호 통로로, 이 경로가 활성화되면 염증이 폭발적으로 증가한다.

 

동물실험(in vivo)에서도 폴리스티렌 미세플라스틱에 장기 노출된 관절염 모델에서 관절 염증이 확연히 악화됐고, 폴리스티렌 미세플라스틱으로 자극한 류마티스관절염 환자 유래 활막섬유아세포를 이식한 제노그래프트 모델(xenograft model, 한 종의 세포 또는 조직을 유전적으로 다른 종(주로 면역결핍 마우스)의 숙주에 이식하여, 이식된 세포의 생존, 기능, 병태생리적 효과를 분석하는 동물모델)에서는 연골 침식과 대식세포 침윤이 유의하게 증가하는 결과를 얻었다.

 

이번 연구는 미세플라스틱은 단지 ‘있다’가 아니라, 단순 환경오염 물질을 넘어 자가면역질환의 병태를 악화시킬 수 있는 인자로 작용함을 최초로 입증한 것으로, 향후 미세플라스틱과 만성질환 간 연관성을 밝히는 선도적 연구로 평가된다. 유승아(왼쪽부터)‧김완욱 가톨릭대 교수, 이수현 연구원, 김영민 대구대 교수

유승아 교수는 “이번 연구는 환경노출물질이 인간 면역질환에 미치는 영향을 면역세포와 관절세포 수준에서 규명한 면역독성학(immunotoxicology) 연구”라며 “미세플라스틱의 제거·차단 전략이나, 질병 악화 예방을 위한 환경관리 가이드라인 마련에 기여할 것”이라고 밝혔다.

 

이번 연구는 ‘Polystyrene microplastics activate NF-κB/MAPK signaling in synovial fibroblasts, promoting inflammation and joint destruction in rheumatoid arthritis’라는 논문으로 화학 및 환경 관련 국제학술지 ‘Journal of Hazardous Materials’(Impact Factor 11.3)에 게재됐다.