순천향대학교 의과대학 생화학교실(순천향의학연구소) 이상훈(사진) 교수 연구팀은 세계 최초로 허혈성 질환에서 송과선 호르몬인 멜라토닌을 이용하여 프리온 단백질의 조절을 통해 기능을 강화시킨 줄기세포를 이용해 치료효과를 확인한 연구 논문을 생리학 분야의 권위 있는 국제 저널인 ‘Journal of Pineal Research’ (Impact Factor: 9.314, 생리학 (Physiology) 분야 상위 3.61%)에 발표했다.

중간엽 줄기세포는 뼈, 연골, 근육, 지방 등으로 분화가 가능하고 심근경색, 뇌졸중, 말단 허혈성 질환 등 다양한 질병의 치료와 조직을 재생하는데 유망한 방법 중 하나이지만 줄기세포를 이용한 치료는 손상된 부위의 병리학적 조건 및 환자가 갖는 질병인자로 인한 이식된 줄기세포의 낮은 생착률과 혈관으로의 분화능 저하로 인한 치료적 잠재성이 제한되고 있다.

​순천향대 이상훈 교수 연구팀은 이번 연구에서 멜라토닌에 의한 줄기세포 내의 프리온 단백질의 발현을 조절하여 줄기세포의 기능을 강화시키고 심혈관 질환 부위에서 발생하는 산화성 스트레스로 인한 줄기세포의 세포사멸 방어와 염증 반응에서 면역거부 반응 회피에 대한 메커니즘을 설명하였고, 더 나아가 당뇨병성 하지허혈 동물 모델에서의 치료효과를 증명하였다.

연구결과에 의하면 멜라토닌은 Melatonin Receptor 1B를 통하여 정상 프리온 단백질의 발현을 증가시키고 줄기세포의 증식을 기존의 줄기세포보다 약 2배 증가했으며 허혈 부위에서 발생하는 과도한 산화성 스트레스로 인한 이식된 줄기세포의 세포사멸 방어하고, 이식된 줄기세포의 생존율을 유의성 있게 증가시켰다.

​또한, 프리온 단백질의 발현이 면역조절 반응에서 중요한 역할을 하는 IDO-1(Indoleamine 2,3-dioxygenase 1) 단백질의 메커니즘을 규명하여 멜라토닌이 처리된 줄기세포가 심혈관 질환에서 염증반응을 감소시키는 것으로 밝혀졌다.

​연구팀은 하지허혈 질환 동물 모델에게 줄기세포를 이식 후 주기적으로 멜라토닌을 투약했을 때 허혈 질환 부위에 이식된 줄기세포의 생착력 증가 및 면역억제 조절이 활성화되었으며, 손상된 혈관을 수복하여 혈류량을 회복하는 높은 치료효과를 나타내었다. 특히, 프리온 단백질 발현을 억제시킨 줄기세포를 이식했을 때에는 멜라토닌을 투약하여도 전혀 치료효과를 나타내지 못하는 결과를 보여주고 있다.

순천향대학교 이상훈 교수는 또 “이번 연구의 주요 메커니즘인 프리온 단백질은 그동안 변형 프리온 단백질에 의한 소해면상 뇌증 (광우병) 같은 뇌 질환에 집중되었던 것과 달리 프리온 단백질이 줄기세포의 증식과 세포사멸을 방어하고 염증반응을 조절하는 주요 메커니즘인 것을 규명하고 이를 이용한 새로운 줄기세포 치료 개선 방안을 마련할 수 있다”며 프리온 단백질의 기능을 새롭게 조명했다.

연구팀은 이번 연구에서 “멜라토닌이 허혈성 심혈관질환 환자에게 줄기세포 치료의 효과를 상당히 높일 수 있는 강력한 도구가 될 수 있고, 줄기세포에서 프리온 단백질이 심혈관 질환의 치료에 있어 중요한 인자가 될 가능성이 있다”라고 제시하였다.

이상훈 교수는 “이번 연구를 통해 심혈관 질환의 기존 줄기세포치료의 한계점을 멜라토닌을 이용해 극복하고, 전임상 시험에 활용한다면 심혈관 질환에 높은 치료효과가 기대된다.”라고 말했다.