수술 또는 중재시술에 실패했거나 수술이 불가능한 경우 마땅한 치료법이 없는 허혈성 심혈관질환에서 혈관 평활근세포를 리프로그래밍함으로써 신생혈관을 생성시켜 이를 치료할 수 있는 방법의 가능성이 확인됐다.

윤영섭 연세대 의대 의생명과학부 교수, 정초로미 박사과정생 연구팀은 새로운 평활근세포 직접리프로그래밍법((Direct Reprogramming, 직접교차분화법)을 개발하고, 생성된 평활근세포가 허혈성질환 동물모델에서 신생혈관 생성을 유도해 허혈성 심혈관질환 치료 가능성을 확인했다고 26일 밝혔다.

세계보건기구(WHO)의 전 세계 10대 사망원인 중 하나인 허혈성 심혈관질환은 높은 사망률로 인해 주요한 건강 문제로 인식되고 있다. 이 질환에는 약물요법, 심혈관중재술, 혈관 우회로술 등이 시도되고 있지만 이들 치료에 실패하거나 수술 불가능한 경우에는 마땅한 치료법이 없는 상황이다.

대안적 치료법으로 줄기세포 분화법을 이용한 신생혈관형성이 주목받고 있으나 낮은 분화율, 종양 발생 가능성, 높은 생산 비용 등이 한계로 작용하고 있다. 이에 최근 줄기세포의 한계를 극복한 직접 리프로그래밍법이 새롭게 주목받고 있다. 직접리프로그래밍법은 목표하는 세포의 핵심 전사인자를 체세포에 과발현시켜 원하는 세포로 전환을 유도하는 방법이다.

연구팀은 신생혈관형성을 위해 혈관을 구성하는 주요 세포 중 하나인 혈관 평활근세포(Vascular Smooth Muscle Cell)의 직접리프로그래밍법을 개발했다. 이는 기존에 연구팀이 개발한 인간 내피세포로의 직접리프로그래밍법과 비교해 더 굵고 안정적인 혈관을 구성할 수 있다는 장점이 있다. 평활근세포의 핵심 전사인자로 알려진 마이오카딘(myocardin)과 비타민A의 대사체인 올트랜스레티노익산(all-trans retinoic acid)을 조합해 인간진피섬유아세포(human dermal fibroblast)를 평활근세포로 직접교차분화했다.

그 결과, ‘직접리프로그래밍된 평활근세포’(rSMCs)에서 평활근세포의 특이적 유전자와 단백질 발현이 크게 증가했으며, 면역염색 실험에서도 평활근세포의 특이적 단백질 발현이 추가적으로 확인됐고 세포골격이 분명하게 확인됐다. 유세포 분석을 시행한 결과에서도 평활근세포의 주요 마커인 ACTA2와 MYH11의 발현율이 각각 57.2±11.9%, 48.0±7.7%로 증가함을 확인했다.

또 평활근세포의 대표적인 특징 중 하나인 세포의 수축성을 평가하기 위해 콜린성 작용제인 카르바콜을 처리해 rSMCs의 수축 정도를 확인한 결과, 높은 수축성을 보였다. 

RNA-sequencing 분석에서도 rSMCs에서 섬유아세포의 특이 유전자 발현은 억제되는 반면 수축성과 평활근세포의 특이적 유전자 발현은 크게 증가함을 보였다.

추가적으로 연구팀은 하지허혈 마우스모델을 이용해 rSMCs의 신생 혈관생성 능력과 치료효과를 확인했다.

하지허혈에 rSMCs를 직접 주입한 결과 세포가 포함되지 않은 그룹, 인간진피섬유아세포 그룹 등 다른 대조군과 비교해 향상된 관류회복과 혈관형성 능력을 보였다. 또 rSMCs의 일부가 혈관 벽 내로 들어가 새로운 층을 형성하는 함입 효과를 확인했다. 함입된 rSMCs는 기존에 알려지지 않았던 미세혈관 주위세포(Microvascular Mural Cells, 미세혈관주세포, 微細血管周細胞)의 역할을 수행하며 모세혈관, 세동맥, 소동맥의 혈관 벽 형성에 기여했다.

   윤영섭 연세대 의대 의생명과학부 교수(왼쪽), 정초로미 박사과정생  

윤영섭 교수는 “이번 연구를 통해 생체 내 이식한 평활근세포의 생존 가능성과 혈관 구성의 기여 여부를 확인함으로써 허혈성 심혈관질환 환자를 위한 대안적 치료 가능성을 확인했다”며 “후속 연구를 통해 치료용 세포치료제 개발, 조직공학을 통한 혈관 제작, 신약후보물질 개발 등 광범위한 의학 분야에서도 가시적인 성과를 도출할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 미국심장학회 학술지인 ‘Circulation’(IF 35.6)에 ‘Novel Directly Reprogrammed Smooth Muscle Cells Promote Vascular Regeneration as Microvascular Mural Cells’이란 제목의 논문으로 게재됐다.