생명/의료

중국과기대, HBV 만성 간염에 의한 간암 발생 메커니즘 규명

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최근 중국과학기술대학 생명과학·의학부, 중국과학원 선천면역·만성질환중점실험실, 허페이(合肥)마이크로스케일물질과학국가연구센터 톈즈강(田志剛) 연구팀은 형질전환 생쥐에서 TIGIT 억제성 경로가 HBV에 대한 CD8+T 세포의 내성을 유지시키는 반면 해당 내성 파괴는 HBV 형질전환 생쥐(HBV 보유 모델) 간에 만성 염증을 일으키고 최종적으로 간암으로 진행됨을 발견하였다. 해당 논문은 "Breakdown of adaptive immunotolerance induces hepatocellular carcinoma in HBsAg-tg mice"란 제목으로 "Nature Communications"에 게재되었다. 만성 B형 간염(chronic HBV)은 만성 간염, 간경화, 간암을 유발하지만 만성 HBV 감염 연구에 적합한 생쥐모델을 구축하지 못했다. 간은 특수한 면역관용 장기이다. 간의 면역세포는 주로 면역관용 상태를 나타낸다. 임상에서 HBV 보유자 및 HBV 형질전환 생쥐 간의 CD8+T 세포는 고발현 억제성 수용체로 인해 면역 억제 상태에 빠져 간손상을 유발하지 않는다. 그러나 간의 면역관용 환경이 파괴되면 면역세포가 활성화되어 바이러스를 제거하는 과정에서 유발되는 면역응답으로 인해 간에서 염증이 발생한다. 연구팀은 HBV 형질전환(HBs-tg) 생쥐 간에서 억제성 수용체 TIGIT의 고발현은 TIGIT 억제성 경로에 대한 지속적 차단을 통해 생쥐로 하여금 만성 간염에 걸리게 할 수 있을 뿐만 아니라 TIGIT 차단 후 생쥐에 HBV 표면항원 백신을 접종하면 생쥐가 간암에 걸릴 수 있음을 발견하였다. 연구팀은 해당 메커니즘 연구 과정에 TIGIT 차단 후 HBs-tg 생쥐 간에서 CD8+T 세포 수효가 증가하고 활성화가 증강됨과 아울러 항원 특이성 CTLs가 나타남을 발견하였다. CD8+T 세포를 제거한 HBs-tg 생쥐의 TIGIT 차단 후 간손상은 뚜렷하게 완화되었다. 또한 TIGIT 차단 후 HBs-tg 생쥐 백신 면역 기간에 CD8+T 세포를 제거할 경우 간암으로 진행되지 않는다. 해당 연구는 TIGIT 억제성 경로가 HBV 보유쥐에서 CD8+T 세포의 내성을 유지시킴을 발견하였고 또한 만성 HBV 감염 유도 간암 생쥐모델을 성공적으로 구축함으로써 후속적 심층 연구를 위해 HBV 관련 간암 예방치료에 적합한 동물모델을 제공하였다.

동물연구소, 새로운 반수체 줄기세포 구축

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최근 중국과학원 동물연구소 연구팀은 새로운 반수체 줄기세포 구축에 성공하였다. 해당 연구성과는 "Cell Reports"에 게재되었다. 진핵생물의 유전정보는 모두 세포핵에서 염색체 형식으로 존재한다. 이배체 세포는 2쌍의 염색체를 보유하고 있는데 이는 포유동물이 유전정보를 전달하는 형식이다. 그러나 반수체 세포는 오직 1쌍의 염색체를 보유하고 있는데 이는 해당 유전체의 복잡 정도를 감소시키기에 열성 동형접합체의 획득에 유리하며 아주 높은 가치를 보유한 유전학 연구 도구이다. 2011년과 2012년에 생쥐의 자성 개체 및 웅성 개체 반수체 배아줄기세포계가 성공적으로 구축되었다. 그 후 쥐, 게잡이원숭이 및 인간 유래 반수체 배아줄기세포도 구축되었다. 해당 주요한 반수체 세포 유형은 이미 기능성 유전자 선별 및 동물모델 구축 등에 응용되고 있다. 배아줄기세포와 달리 영양층 줄기세포는 자기갱신 능력을 보유한 영양층 전구세포로서 태반에서 다양한 유형의 영양층 세포로 분화될 수 있으며 태반 발달, 기능 및 관련 질병 발병 메커니즘을 연구하는 이상적인 체외 모델이다. 그러나 기존에 영양층 줄기세포에 대한 유전자 편집의 극히 제한적인 효율성 제한으로 영양층 줄기세포가 유전학 연구 등 분야에서의 광범위한 응용 역시 제한적이다. 연구팀은 배양 시스템에 대한 최적화를 통하여 자성 개체 반수체 낭배에서 생쥐 자성 개체 반수체 영양층 줄기세포계(Haploid trophoblast stem cells, haTSC)를 성공적으로 구축함과 아울러 해당 영양층 줄기세포계가 체외 배양 과정에서 게놈의 안정성을 유지할 수 있음을 입증하였다. 심층적인 연구 결과, 해당 영양층 줄기세포계는 전통적인 영양층 줄기세포 표지 유전자를 고발현시킬 수 있을 뿐만 아니라 유전자 발현 패턴에서 이배체 영양층 줄기세포와 아주 유사하였다. 더욱 중요한 것은 체외 및 체내 실험 결과, 반수체 영양층 줄기세포는 고효율적으로 태반 조직에 키메라(Chimera)될 수 있으며 또한 영양층 계통의 각종 세포 유형으로 분화될 수 있기에 광범위한 배아 외 발달 잠재력을 보유하고 있다는 점이다. 이외에 연구팀은 반수체 영양층 줄기세포는 전체 게놈 동형접합형 유전 돌연변이 세포 라이브러리에서 효과적으로 유전자 선별을 유도할 수 있음을 입증하였다. 자성 개체 반수체 영양층 줄기세포의 구축은 동형접합형 유전자 돌연변이 영양층 줄기세포의 쾌속적이고 효과적인 획득에 유리하다. 이는 태반에서 영양층 계통의 운명 결정 및 분화 특히 기능성 유닛의 구축 연구에 아주 큰 편리를 제공할 전망이다.

베이징대 인민병원, 인공지능 기법으로 당뇨병환자 형별 분류

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최근 베이징대 인민병원 내분비과 지리눙(紀立農) 연구팀은 데이터구동방식(data driven system)으로 환자의 당뇨병 형별을 분류함으로써 더욱 정확한 치료를 위해 데이터적 지원을 제공하였다. 해당 성과는 "Lancet Diabetes Endocrinol"에 게재되었다. 당뇨병은 췌장분비기능 장애 또는 인슐린 저항에 의해 발생하고 혈당 상승을 특징으로 하는 대사성 질환이다. 국제당뇨병연맹에서 발표한 2017년 세계 당뇨병 분포도에 의하면, 전세계 성인 당뇨병환자는 4.2억 명에 달하는데 평균 11명 가운데 1명이 당뇨병을 앓고 있다. 그중 중국의 당뇨병환자만 1.14억 명으로 전세계의 3분의 1을 차지한다. 전세계적으로 20년 이상 이용해온 당뇨병 분류 체계는 병인, 병리생리 특성에 근거해 당뇨병을 여러 개 아형으로 나누었다. 하지만 임상 치료 가이드 역할에 한계가 있는 것으로 나타났다. 확실한 당뇨병 형별 진단은 정확한 치료에 근거를 제공할 수 있다는 점에 입각해 연구팀은 보다 세밀한 당뇨병 형별 분류 연구에 매진하였다. 일찍 북유럽의 Groop 연구팀은 인공지능 방식으로 초기 발생 당뇨병을 상이한 아군으로 분류하였고 또한 아군별 임상 표현 및 상응한 치료방법도 상이하다는 것을 증명하였다. 하지만 상기 연구는 북유럽을 대상한 것으로 타지역에서의 적용여부는 확실하지 않다. 지리눙 연구팀은 중국의 초기 발생 당뇨병 사례 2,316건과 미국의 사례 815건을 별도로 연구하였다. 연구팀은 인공지능의 클러스터링 기법을 통해 연령, 체질량지수(BMI), 혈당 수준, 인슐린 민감성 지수(HOMAIR) 및 췌장 섬유세포 기능지수(HOMAB) 등 5개 영역에서 중국과 미국의 당뇨병환자를 4개 아형으로 분류하였다. 데이터 분석 결과, 중국과 미국의 당뇨병환자 4개 아형의 주요 임상 특성은 거의 일치하였고 북유럽 아형의 특성과도 일치하였다. 이로써 정확한 당뇨병 형별 분류 이론은 다양한 환자군 및 종족 사이에서 안정성을 유지함을 입증하였다.

허페이물질과학연구원, 수중 항생제 쾌속 분해 가능한 신규 촉매 개발

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최근 중국과학원 허페이(合肥)물질과학연구원 지능기계연구소 쿵링타오(孔令濤) 연구팀은 일종의 제어 가능한 새 촉매를 설계해 넓은 pH 범위에서의 고효율적 항생제 분해를 달성하였다. 해당 성과는 "Nanoscale"에 게재되었다. 일반적으로 사람과 동물은 복용한 항생제를 완전히 흡수할 수 없다. 따라서 대량의 항생제는 대사산물 또는 원상태 그대로 환경에 배출되어 병원성미생물의 약물내성을 일으켜 민감균의 약물내성을 강화한다. 전형적인 항생제인 테트라사이클린은 인체에 섭취된 후 위장에서 일부분이 흡수되고 섭취량의 약 75%는 친화합물의 형태로 체외로 배출되며 생태환경 및 생물안전에 크나큰 잠재적 위협을 가져다준다. 펜톤(Fenton) 기술로 유기물을 고효율적으로 분해할 수 있지만 강산성 조건에서만 펜톤반응이 일어나기에 실제 응용은 제한을 받는다. 쿵링타오 연구팀은 일종의 형태 제어가 가능한 촉매를 개발하였다. 해당 촉매는 펜톤시스템의 테트라사이클린 분해 효율을 뚜렷하게 향상시킬 뿐만 아니라 최적의 pH 반응범위를 중성까지 확장시킨다. 해당 연구는 촉매 분해 메커니즘을 상세하게 논술하였다. 연구팀은 테트라사이클린 분해의 가능성 경로를 추측함으로써 테트라사이클린 분해가 어려운 문제를 해결하였고 또한 펜톤유사반응의 pH 응용범위를 확장시켜 광범위한 응용전망이 있다.

중국 PD—1 임상 연구, "The Lancet" 자매지 표지논문에 선정

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최근 중국과학자가 주도한 항프로그램화 세포사멸-1(PD-1) 항암치료제 모노클로날 항체 "티비트"(Tyvyt: 신틸리맙 주사제) 임상 연구 성과가 2019년 제1기 "The Lancet Hematology"의 표지논문으로 선정되었다. 해당 약물은 Stephen M. Ansell 편집장으로부터 종양환자를 위해 혁신적이고 고효과적인 치료 모델을 제공하였다는 평가를 받았다. 논문 통신저자 및 제1저자는 국가암센터 스위안카이(石遠凱) 교수이다. 중국산 PD—1 억제제 "티비트"[일명 "다보수(達伯舒)"] 임상 연구는 스위안카이 교수가 주도했다. 연구 결과, 재발성 난치성 호지킨림프종에 대한 "티비트"의 객관적 반응률(Objective Response Rate)은 80.4%에 이르렀고 부작용이 적었으며 치료 효과나 안전성에서 동일 유형의 수입 약에 비해 차이가 없었다. "티비트"는 2018년 12월 24일 국가식품약품감독관리국으로부터 출시 허가를 취득했다.

중국벼연구소, 교잡벼 종자 복제 성공

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최근, 중국벼연구소 벼생물학 국가중점실험실 왕커젠(王克劍) 연구팀은 유전자 편집 기술로 벼 무수정생식계를 구축하여 교잡벼 종자를 성공적으로 복제하였으며 최초로 교잡벼 형질의 후대로의 안정적 유전을 구현하였다. 해당 연구성과는 "Nature Biotechnology"에 온라인으로 게재되었다. 중국의 교잡벼 연간 재배면적은 1,600억 ㎡를 초과하고 벼재배 총면적의 57%를 차지하며 수확량은 벼 총수확량의 약 65%를 차지한다. 교잡벼 연간 생산량을 약 250만 t 증가하면 7,000만 인구의 식량문제를 해결할 수 있다. 그러나 교잡벼 종자 후대는 형질분리가 발생하기에 교잡벼의 강세를 유지하기 어렵다. 그러므로 해마다 대량의 인력, 물력, 재력을 투입하여 종자를 제조해야 하며 농민들은 해마다 새로운 종자를 구매해야 한다. 무수정생식은 해당 문제점을 해결할 수 있는 방법이다. 무수정생식은 종자를 통하여 무성번식을 수행하는 방식으로서 세대교번에 따라 교잡 품종의 이형접합 유전자형이 변화되지 않으므로 잡종 강세의 고정을 구현할 수 있다. 연구팀은 인디카벼와 자포니카벼의 교잡벼 품종인 춘유(春優) 84를 벼 무수정생식 연구 모델 품종으로 선택하고 CRISPR/Cas9 유전자 편집기술을 이용하여 해당 교잡벼의 4개 벼 생식 관련 유전자를 녹아웃시켜 교잡벼로 하여금 무수정생식 형질을 생성함과 아울러 교잡벼와 같은 클론 종자를 생성하게 하였다. 심층적 검사 결과, 종자 복제를 통하여 배양한 후대 식물체는 1세대 교잡벼와 아주 유사하였다.

중국농업과학원, 600여 종의 식물 "암" 발병 메커니즘 규명

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최근, 중국농업과학원 농산물가공연구소 다이샤오펑(戴小楓) 연구팀은 수 년간 8과(科), 600여 종의 숙주식물과 관련된 버티실리움 달리에(Verticillium dahliae)에 대한 추적 연구를 통하여 최초로 식물 "암" 병원균으로 불리는 진균이 어떻게 숙주식물의 낙엽을 유발하며 더 나아가 감산 무수확(no-crop)을 유발하는 지에 관한 메커니즘을 규명하여 해당 균주에 대한 생물학적 방제 및 목화 등 작물의 위황병 확산 차단에 새로운 표적을 제공하였다. 해당 연구성과는 "New Phytologist"에 온라인으로 게재되었다. 버티실리움 달리에는 훼멸적인 토양 전염성 병원균으로서 목화, 감자, 다양한 채소, 과일 및 임목 등을 포함한 600여 종의 식물을 감염시킬 수 있으며 감자역병과 공동으로 세계 1위 검역 대상에 속한다. 버티실리움 달리에가 발견된 200년간 국제 과학계는 주로 관다발, 무성생식, 미소균핵, 쌍자엽, 숙주 광범위성 및 특이성, 낙엽 형질 등 6대 중점을 둘러싸고 연구를 수행하였으며 그중 마지막 2개 항목은 중국 과학자가 주최하여 연구를 수행하였다. 숙주의 광범위성 및 특이성은 해당 병원균의 강한 발병력, 광범위한 적응성을 의미할 뿐만 아니라 일부분 특정된 식물에 대한 치명성을 의미한다. 예를 들면 베이징 샹산(香山) 단풍은 대부분 안개나무가 버티실리움 달리에에 의한 감염으로 황엽이 생성되지만 치사를 유발하지 못한다. 그러나 목화가 낙엽형 버티실리움 달리에에 의하여 감염되면 잎사귀가 떨어지는 목화 "암" 위황병을 유발하는데 이는 목화 생산량을 감소시키는 주요 병해이다. 수십 년간 해당 병원균이 유발하는 숙주 낙엽 형질의 유전 메커니즘 관련 논문은 100여 건이 넘었지만 중대한 성과를 거두지 못하였다. 본 연구는 중국의 목화 주요 생산 지역에서 장기적이고 체계적으로 위황병 병원균을 수집한 후 목화 낙엽 형질을 유발하는 정밀한 표현형 감정을 통하여 1,000여 주의 해당 균주에서 낙엽 형질 분석 개체군(59주 낙엽형, 16주 비낙엽형)을 선별함과 아울러 전체 유전체 리시퀀싱(Re-sequencing) 분석을 수행하여 낙엽 형질과 뚜렷한 관련성이 있는 1개 단편을 감정하여 유전변이(109kb)에 삽입하였다. 결과, 해당 단편은 비낙엽형 균계에서 완전히 결실되었다. 유전자 녹아웃, 보상, 이형 발현 등 실험을 통하여 해당 유전 변이 조절에 의한 낙엽 형질의 분자 메커니즘을 규명하였으며 또한 해당 균주의 분자 역학적 검사기술을 개발하였는데 관련 기술은 9건의 국가 발명특허를 획득하였다.

쿤밍동물연구소, 중국 알츠하이머병 주요 유전 위험 요인 규명

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최근, 중국과학원 쿤밍(昆明)동물연구소 야오융강(姚永剛) 연구팀은 보체 유전자 C7과 시토크롬C(Cytochrome C) 산화효소 유전자가 중국 알츠하이머병 발생의 주요 유전 위험 요인임을 발견하였다. 해당 연구성과는 "National Science Review(NSR)"에 게재되었다. 알츠하이머병은 노년기 초기 및 노년기에 발생하는 신경퇴행성뇌질환으로서 유전력은 79%에 달하며 주요 증상은 인지 및 기억 기능의 점차적 상실이다. 해당 질환의 발병률은 연령 증가에 따라 뚜렷하게 증가되며 전 세계 환자수는 급속히 증가되고 있다. 통계에 의하면 중국의 알츠하이머병 환자수는 700만 명에 달하며 전 세계 알츠하이머병 환자수의 4분의 1을 초과한다. 기존에 전통적인 연관분석을 통하여 3종의 조기 발생 가족형 알츠하이머병 발병 유전자를 발견하였지만 실제로 환자의 5% 미만이 해당 돌연변이에 의한 발병이다. 대부분 환자 특히 후발성 산발적 병례에 대한 대량의 유전 감수성 위험 유전자는 밝혀지지 않았다. 또한 이미 감정을 거친 유전요인은 주로 유럽인을 기반으로 하였으며 질병의 복잡성 및 유전 배경의 이질성으로 인하여 기타 지역 알츠하이머병 유전요인에 대한 체계적이고 심층적인 연구는 수행하지 못했다. 연구팀은 극단적 조기 발병 또는 가족력 알츠하이머병 병례에 대한 전체 엑솜 시퀀싱 분석을 수행하여 보체 인자 C7 유전자의 주파수 희소 과오돌연변이가 알츠하이머병 발병 위험성을 뚜렷하게 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 연구 결과, 알츠하이머병 유전 위험성을 보유한 개체는 발병 수십 년 전부터 이미 경미한 뇌의 기능 변화가 시작되며 조기 예방 및 중재는 높은 유전 위험성 개체에 대하여 아주 중요한 것으로 나타났다. 연구에서 생성된 전체 엑솜 데이터 등은 연구팀이 초기에 구축한 알츠하이머병 데이터베이스에 공개하여 검색할 수 있으며 중국 알츠하이머병 연구 분야의 데이터 공유 및 이용의 모델을 제공하였다. 연구팀은 새로운 유전자에 대해 선별을 수행한 외에 주요한 경로에 대한 표적 분석도 수행하였다. 대량의 연구 결과, 시토크롬C 산화효소는 가능하게 알츠하이머병 발병 경로에 참여함을 발견하였다. 연구팀은 중국 한족 알츠하이머병 병례 및 정상 대조군 샘플 유전자의 41개 유전자좌에 대한 분석을 통하여 해당 유전자에서 알츠하이머병 관련 유전자좌도 대응되는 유전자 발현 수준과 뚜렷한 관련성이 있음을 발견하였다. 해당 연구성과는 "Neuropsy-chopharmacology”에 게재되었다.

2018년 중국 생명과학분야 10대 성과

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2018년 1월 2일, 2018년 "중국 생명과학분야 10대 성과"를 발표했다. 해당 성과는 중국과학기술협회 생명과학학회 연합체 조직의 22개 학회에서 추천하고 생명과학, 바이오기술 및 임상의학 등 분야 동종업계 전문가의 선발/심사를 거쳤으며 또한 "Cell", "Nature", "Science" 등 유명 저널에 게재된 논문으로서 2018년 중국 생명과학분야의 주요 과학기술 성과를 집중적으로 반영하였다.  2018년 중국 생명과학분야 10대 성과는 다음과 같다. (1) 자연면역 응답 및 염증반응에 대한 새로운 조절 메커니즘 생체의 자연멱역 응답은 "음양 평형"의 동적 과정이다. 어떤 분자가 자연면역 응답을 활성화시키고 면역 염증반응을 정지시키는지는 면역학 분야 프런티어 연구 관심사이다. 중국의학과학원 베이징셰허(協和)의학대학 기초의학연구소, 해군군의대학 의학면역학 국가중점실험실 및 난카이(南開)대학 차오쉐타오(曹雪濤) 연구팀은 몇 개의 면역구동 조절 및 염증제거 새 분자를 발견함과 아울러 관련 작용 메커니즘을 규명하였다. 연구팀은 새 긴사슬 비코딩 RNA lnc-Lsm3b는 네거티브 피드백(Negative feedback) 평형 방식을 통하여 바이러스 유도에 의한 인터페론 생성 신호경로를 바로 차단시킴으로써 염증손상을 해결할 수 있음을 발견하였다. 인터페론은 생성 후 대응되는 수용체에 작용하고 인터페론 수용체 IFNγR2는 막전좌(Membrane translocation)를 통하여 세포막에서 기능성 인터페론 수용체를 형

샤먼대, 구조백신학적 방법으로 3세대 자궁경부암 백신 개발

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최근 샤먼(厦门)대학 샤닝사오(夏宁邵) 연구팀은 이미징 구조백신학적 방법을 사용하여 7종의 바이러스유사입자(virus-like particle)만으로 20종의 HPV 바이러스형을 커버할 수 있는 3세대 자궁경부암 백신을 개발함으로써 모든 고위험 HPV 바이러스형 커버가 가능한 3세대 자궁경부암 백신 개발을 위해 핵심 기술적 토대를 마련했다. 해당 성과는 "Nature Communications"에 게재되었다. 자궁경부암은 인유두종 바이러스(HPV) 감염에 의해 발생한다. 기존에 HPV 유사 바이러스 입자의 종류를 늘려 "일대일"로 더 많은 HPV 바이러스형을 예방하는 방식을 통하여 자궁경부암 백신의 예방 효과를 향상시킨다. 기존의 1세대와 2세대 자궁경부암 백신은 모두 HPV 천연 바이러스 입자와 유사한 "바이러스유사입자"를 백신 항원으로 사용하였다. 그중 9가 백신으로 약 90%의 자궁경부암을 예방할 수 있지만 나머지 약 10% 자궁경부암 관련 HPV형은 예외이다. 그리고 전통적 방식으로 개발한 3세대 자궁경부암 백신은 접종량이 많고 잠재적 부반응이 심각하며 생산 공법이 어려운 등 문제가 있다. 연구팀은 이미징 구조백신학적 방법을 사용하여 3세대 자궁경부암 백신을 설계하였다. 연구팀은 HPV 바이러스 입자의 구조적 특성 및 진화 과정에서 바이러스의 혈연관계 비교를 통해 혈연관계가 가까운 HPV 바이러스 입자는 동일 구조적 골격 및 상이한 외적 세부형태적 특성을 보유함을 발견하였다. 이를 토대로 연구팀은 구조적 설계를 통해 1종의 HPV유사 바이러스 입자가 동시에 3종의 HPV 바이러스 입자의 외적 세부형태적 특성을 보유하게 하였다. 이로써 7종의 유사바이러스입자만으로 20종의 HPV 바이러스형 커버가 가능한 3세대 자궁경부암 백신을 획득하였다. 이번 연구를 통해 연구팀은 세계 최초로 1종의 HPV 유사 바이러스 입자로 동시에 3종의 HPV 바이러스형을 보호하는 기능을 구현함으로써 백신의 예방 가능한 바이러스형은 늘리고 백신 항원에 필요한 유사바이러스입자 종류는 줄였다.