심장마비 후 심근이 재생된다 — 인간에서 처음으로 확인

심장마비는 영향을 받은 심방의 근육 세포 중 평균 약 3분의 1을 파괴한다. 이 손실은 항상 영구적인 것으로 여겨져 왔다. 심장 근육은 간이나 피부와 달리, 큰 부상이 가져간 것을 대체할 능력이 본질적으로 없다고 생각되었다. 손상된 심장 조직 위에 형성되는 흉터가 그 이야기의 마지막 장이었다.

그런데 또 다른 장이 있다는 것이 밝혀졌다. University of Sydney의 연구진은 바이패스 수술 중 환자에게서 채취한 살아있는 심장 조직을 연구하여, 지금까지 쥐에서만 관찰되었던 현상을 확인했다. 심장마비 후 인간의 심장이 새로운 근육 세포를 생성하기 시작한다는 것이다.

이 발견이 심장이 스스로 치유된다는 것을 의미하지는 않는다. 재생 반응은 손상의 규모를 상쇄하기에는 너무 미미하다. 그러나 그 능력이 존재한다는 것을 입증함으로써 연구자들이 목표로 삼을 수 있는 것이 바뀌었고, 언젠가는 치료법이 심장이 이미 시도하는 것을 증폭시킬 수 있다는 가능성을 제기한다.

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측정 방법

인간 심장 조직 연구의 어려움은 항상 시점 문제였다. 사후 검체가 실험실에 도착할 때쯤이면 활발한 세포 분열의 분자 신호는 대부분 사라져 버린다. 이 연구의 제1저자이자 Baird Institute for Applied Heart and Lung Research의 연구원인 로버트 흄 박사(Dr. Robert Hume)는 살아있는 환자로부터 조직을 채취하는 샘플링 방식을 개발하여 이 문제를 해결하는 데 기여했다.

시드니의 Royal Prince Alfred Hospital에서 바이패스 수술을 받는 동의한 환자들은 수술 중 손상된 부위와 손상되지 않은 부위 모두에서 작은 조직 샘플을 채취하는 데 동의했다. 샘플은 15분 이내에 액체 질소로 보존되어 생물학적 활성을 그대로 유지했다. 사후 검체로는 불가능한 이러한 정밀도 덕분에 연구팀은 이전 연구들이 놓쳤던 것을 발견할 수 있었다. 심근경색을 겪은 환자의 심장에서 심근세포 유사분열(근육 세포가 분열하고 재생산되는 과정)이 통계적으로 유의미하게 증가한 것이다.

“우리는 경색된 인간 심장에서 심근세포 유사분열의 통계적으로 유의미한 증가를 보여줄 수 있었습니다,”라고 로버트 흄 박사는 말했다. 과학자들은 이전에 쥐에서 동일한 효과를 관찰한 바 있다. 인간 조직에서 직접 기록된 것은 이번이 처음이다.

심장마비가 실제로 파괴하는 것

문제의 규모는 재생 신호가 미미하더라도 이 발견이 중요한 이유를 설명한다. 심각한 심장마비는 최대 10억 개의 심근세포를 제거할 수 있다. 심장이 박동하고 심방 간의 타이밍을 조정하는 데 의존하는 세포들이다. 살아남은 근육은 종종 늘어나면서 보상해야 한다. 수년에 걸쳐 그 보상은 실패한다. 심장이 커지고 약해지며, 신체 나머지 부분으로 혈액을 펌프질하는 능력이 저하된다.

그 종착점은 심부전이며, 간단한 해결책은 없다. 호주만 해도 약 14만 4천 명이 이 질환을 앓고 있다. 현재 이식이 유일한 확실한 치료법이며, 호주에서는 매년 약 115건의 이식 수술이 시행된다. 필요와 공급 사이의 격차는 수술만으로는 좁힐 수 없다.

심혈관 질환은 여전히 전 세계 사망 원인 1위다. 심장마비 후 확률을 조금이라도 바꾸는 치료법은 수천만 명의 인구에 도달할 것이다.

이것이 문제를 해결하지 못하는 이유

현재 이해되는 바에 따르면 심장의 자연 재생 반응은 이를 촉발하는 부상을 따라잡을 수 없다. 주요 경색으로 인한 세포 사멸은 심장이 반응하여 생성하는 새로운 심근세포의 수를 훨씬 초과한다. 로버트 흄 박사는 이를 직접 인정했다. 재생 반응은 실제로 존재하지만, 심장에 흉터가 남는 것을 막기에는 충분하지 않다.

또한 이 분야가 완전히 해결하지 못한 메커니즘에 대한 의문이 있다. 심부전 인간 심장에 대한 관련 연구에 따르면 심근세포의 많은 DNA 복제 사건은 표준 유사분열 분열보다는 다배수체화(세포가 실제로 분열하지 않고 게놈의 추가 복사본을 축적하는 것)와 다핵화를 포함한다. 진정한 증식을 이러한 관련되지만 구별되는 과정과 분리하는 것은 시드니 연구팀의 살아있는 조직 모델이 이제 해결할 수 있는 위치에 있는 기술적 과제의 일부이다.

이 연구는 또한 이미 바이패스 수술을 받고 있는 특정 환자 집단을 대상으로 했으며, 이들은 심장마비 환자의 전체 스펙트럼을 대표하지 않을 수 있다. 이 재생 신호가 얼마나 일관되게 나타나는지, 그리고 젊은 환자, 경색 크기가 다른 환자, 조기 치료를 받은 환자와 늦게 치료받은 환자 간에 차이가 있는지 이해하려면 더 크고 다양한 연구가 필요할 것이다.

단백질이 암시하는 다음 단계

연구팀은 또한 인간 조직에서 이전에 쥐의 심장 재생과 연관된 여러 단백질을 확인했다. 이 단백질들은 치료법 개발을 위한 가장 구체적인 초기 단서를 제공한다. 만약 이 단백질들이 부상에 반응하여 심근세포 분열을 촉발하는 분자 스위치라면, 이들은 약물이 활성화하거나 증폭시킬 수 있는 표적이 된다.

이 연구의 수석 저자이자 Royal Prince Alfred Hospital의 심부전 심장내과 전문의인 션 랄 교수(Professor Sean Lal)는 연구팀이 추구하는 바를 설명했다. “궁극적으로 목표는 이 발견을 이용하여 심부전을 되돌릴 수 있는 새로운 심장 세포를 만드는 것입니다. 우리 연구에서 살아있는 인간 심장 조직 모델을 사용한다는 것은 심장 질환에 대한 새로운 치료법을 개발하기 위해 더 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 확보할 수 있다는 것을 의미합니다.”

살아있는 조직 모델은 이 단일 결과와 별개로 그 자체로 연구 도구가 되었다. 수술 순간의 심장 분자 상태를 보존하기 때문에, 다른 사람이 먼저 심장마비를 겪을 필요 없이 세포 분열을 촉진할 수 있는 화합물을 테스트하는 데 사용될 수 있다.

심장 재생에 관한 일반적인 질문

심장마비 후 인간의 심장이 스스로 치유될 수 있나요?

이 연구가 인간 조직에서 처음으로 확인했듯이, 심장은 경색 후 새로운 근육 세포를 성장시키는 제한적이고 자연적인 능력을 가지고 있습니다. 재생은 심근세포 유사분열(세포 분열)을 통해 발생합니다. 생성되는 새로운 세포의 수는 주요 경색 중 손실된 근육을 대체하기에는 너무 적기 때문에, 심장의 복구 반응은 존재하지만 그 자체로는 기능적으로 불충분합니다.

의사들은 왜 이미 심부전을 고칠 수 없나요?

심부전은 돌이킬 수 없는 근육 손실로 인해 발생합니다. 심장은 더 열심히 일함으로써 약해진 부위를 보상하지만, 결국 실패합니다. 심장 이식이 유일한 치료법이며, 기증 장기 공급은 매우 제한적입니다. 약 14만 4천 명의 호주인이 심부전을 앓고 있는 반면, 매년 약 115건의 이식이 수행됩니다. 환자와 이용 가능한 장기 사이의 격차는 손상된 근육을 재생할 수 있는 치료법에 대한 탐색을 촉진합니다.

이 연구는 이전 연구와 무엇을 다르게 했나요?

심장 재생에 대한 이전 연구들은 사후 조직을 사용했습니다. 이러한 검체가 실험실에 도착할 때쯤이면 세포 분열의 분자 신호는 사라집니다. 시드니 연구팀은 바이패스 수술 중 살아있는 환자로부터 조직을 채취하여 15분 이내에 액체 질소로 보존했습니다. 이 접근법은 사후 샘플링이 놓치는 활성 생물학적 과정을 포착했습니다. 여기에는 이 연구의 핵심 발견인 세포 분열 신호가 포함됩니다.

치료법이 나오기까지 얼마나 걸리나요?

아직 이 발견에 기반한 임상 치료법은 없습니다. 연구팀은 심근세포 분열을 조절할 수 있는 단백질을 확인했으며, 이제 이들은 약물 개발의 표적이 되었습니다. 이 연구의 중요성은 이전에 닫혀 있다고 여겨졌던 치료 방향을 열었다는 점입니다. 성인 인간의 심장이 새로운 근육을 만들 수 있으며, 연구자들은 이제 유용한 규모로 이를 수행하도록 만드는 방법을 연구할 도구를 갖게 되었습니다.

연구의 다음 단계에서는 살아있는 조직 모델에서 어떤 단백질을 증폭시킬 수 있는지, 그리고 그렇게 함으로써 세포 분열 속도를 경색 손상을 현실적으로 상쇄할 수 있는 수준으로 증가시킬 수 있는지 확인하려고 할 것입니다.

태그: biology, cardiac regeneration, cardiology, cardiomyocyte, heart attack, heart failure

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