생명/의료

우한 신종 코로나바이러스에 대한 연구 결과

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2020년 1월 21일, 중국과학원 상하이파스퇴르연구소 하오페이(郝沛)/군사의학연구원 국가비상예방통제약물공정기술연구센터 중우(鍾武)/중국과학원 분자식물엑설런스센터 합성생물학중점실험실 리쉬안(李軒) 등 연구팀의 연구 성과가 "Evolution of the novel coronavirus from the ongoing Wuhan outbreak and modeling of its spike protein for risk of human transmission"란 제목으로 "SCIENCE CHINA Life Sciences"에 온라인으로 게재되었다. 해당 논문은 우한(武漢) 폐렴 발생을 야기시킨 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 2002년 광둥 "비전형성폐렴(사스)"의 SARS 코로나바이러스와 "중동호흡기증후군"의 MERS 코로나바이러스와의 유전적 진화관계를 서술하였다. 또한 우한 신종 코로나바이러스 spike-단백질 구조에 대한 시뮬레이션 연산을 통해 동 단백질이 사람의 ACE2 단백질과 작용하여 인간 감염을 매개하는 분자작용경로를 규명하였다. 해당 성과는 우한 신종 코로나바이러스의 잠재적인 사람 간 전염성을 평가함으로써 전염원 및 전파경로의 빠른 시간 내 확인, 고효율적 예방통제 전략 마련에 과학적인 이론근거를 제공하였다. 2019년 12월부터 후베이성 우한시에서 집중적으로 발생하기 시작한 원인불명의 폐렴에 대한 역학조사 결과, 해당 폐렴 병례는 우한시 "화난(華南)해산물시장"과 연관이 있는 것으로 나타났다. 다학제 통합진료 및 실험적 검사를 통해 우한 폐렴은 바이러스성 폐렴으로 확인되었고 2020년 1월 8일에 "우한폐렴" 병원균이 일종의 신종 코로나바이러스임을 기본적으로 확정지었다. 우한폐렴은 2002년 광둥에서 발생한 사스와 유사한 점이 많다. 양자 모두 겨울철에 발생하였고, 초기 병례는 동물교역시장에서 사람과 살아있는 동물과의 접촉에서 비롯되었으며, 알려지지 않은 코로나바이러스 병원균에 의해 유발되었다는 점이다. 2020년 1월 20일 18시 기준으로 중국 경내에서 누계 보고된 신종 코로나바이러스 감염 폐렴 병례는 224건, 그 중 확진병례는 217건(우한시 198건, 베이징시 5건, 광둥성 14건)이고 의심병례는 7건(쓰촨성 2건, 윈난성 1건, 상하이시 2건, 광시좡족자치구 1건, 산둥성 1건)이다. 중국 국외에서 보고된 병례에는 일본 1건, 태국 2건, 한국 1건이 있다. 감염환자 중 의료진 14명이 포함되는 등 해당 신종 코로나바이러스는 사람 간 전염 및 확산 추세를 보이고 있다. 2020년 1월 10일 우한 신종 코로나바이러스의 첫 번째 게놈서열 데이터가 발표되었고 그 후로 환자 몸에서 분리한 일련의 신종 코로나바이러스 게놈서열이 잇따라 발표되었다. 상기 게놈 데이터는 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 발병 병리메커니즘 연구·분석에 중요한 자료를 제공하였다. 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 코로나바이러스와의 관계를 밝히기 위해 상기 3종 코로나바이러스 게놈을 비교하였다. 그 결과 우한 신종 코로나바이러스는 SARS/MERS와 각각 평균 ~70%, ~40% 서열 유사성을 지님을 발견하였다. 그중, 다양한 코로나바이러스가 숙주세포와 작용하는 핵심 spike유전자(S-단백질 인코딩)는 더욱 큰 차이성을 나타냈다. 우한 신종 코로나바이러스의 진화 근원 및 가능한 자연계 숙주를 밝히기 위해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스와 기존에 수집한 대량 코로나바이러스 데이터에 대한 유전적 진화분석을 통해 우한 신종 코로나바이러스는 Beta코로나바이러스속(Betacoronavirus)에 속함을 발견했다. Betacoronavirus는 단백질로 둘러싸인 단일사슬 플러스가닥(plus strand) RNA바이러스로서 사람을 포함한 고등동물에 기생하며 감염시킨다. 계통수에서의 위치를 보면 SARS 바이러스 및 유사SARS(SARS-like) 바이러스 분류군과 인접해 있지만 결코 SARS/유사SARS 바이러스 분류군에 속하지 않는다. 흥미로운 것은 그들 진화에서 공동의 외군(outgroup)은 과일박쥐(fruit bat)에 기생하는 HKU9-1코로나바이러스라는 점이다. 따라서 우한 코로나바이러스와 SARS/유사SARS 코로나바이러스 공동의 조상은 HKU9-1와 유사한 바이러스이다. 우한 코로나바이러스의 진화 이웃 및 외군 모두 다양한 종류의 박쥐에서 발견된데 비추어 우한 코로나바이러스의 자연 숙주 또한 박쥐일 것으로 추정된다. 아마도 우한 코로나바이러스도 2002년에 사스를 유발한 코로나바이러스와 마찬가지로 박쥐에서 사람에 이르는 전염과정 가운데 알려지지 않은 중간숙주 매개체가 있을 가능성이 크다. 우한 신종 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스와의 유전적 거리가 매우 먼 점을 감안해 연구팀은 우한 신종 코로나바이러스의 사람 감염 메커니즘 및 경로를 분석하였다. SARS/MERS 바이러스의 S-단백질은 각각 사람의 ACE2, DPP4 단백질과의 상호결합을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킨다. 연구팀은 우한 코로나바이러스와 SARS/MERS 바이러스 S-단백질의 숙주 수용체 상호작용 영역(RBD 영역) 비교를 통해 RBD영역에서 우한 코로나바이러스와 SARS 바이러스가 비교적 유사함을 발견하였다. 그러나 MERS 바이러스와의 차이가 큰 점에 미루어 S-단백질과 DPP4 상호작용적 사람 감염의 가능성을 배제하였다. 하지만 우한 코로나바이러스 S-단백질이 사람 ACE2와의 상호작용도 큰 어려움이 존재한다(이미 입증된 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2와 상호작용하는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개가 우한 코로나바이러스에서 변화가 발생했다). 연구팀은 상기 문제를 해명하기 위해 분자구조 시뮬레이션 연산방법을 사용해 우한 코로나바이러스 S-단백질과 사람 ACE2 단백질 구조 맞물림 연구를 수행하여 놀라운 결과를 얻었다. 비록 우한 코로나바이러스 S-단백질 중 ACE2 단백질과 결합되는 5개 핵심 아미노산 가운데 4개에 변화가 발생하였지만 변화된 아미노산은 오히려 전체적으로 SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 단백질이 상호작용하는 오리지널 구조형태를 매우 완벽하게 유지하고 있었다. 우한 신종 코로나바이러스의 새 구조와 ACE2 단백질의 상호작용력이 소수 수소결합의 손실로 다소 저하(SARS 바이러스 S-단백질과 ACE2 상호작용에 비해 저하)되었으나 결합 자유에너지(binding free energy)는 -50.6 kcal/mol로 여전히 매우 높은 수준에 도달하였다. 동 결과는 우한 코로나바이러스가 S-단백질과 사람 ACE2와의 상호작용 분자 메커니즘을 통해 사람의 호흡기상피세포를 감염시킴을 입증한다. 해당 연구 성과는 우한 코로나바이러스가 사람에 매우 강한 감염력을 보유함을 예측함으로써 과학적인 예방통제, 예방통제 전략 구축, 검사/중재 기술수단 개발 등을 위해 과학적 이론기반을 마련하였다.

신형 항결핵 약물 개발에 정밀 표적 제공

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퉁지대학교 의학대학 및 부속상하이시폐전문병원 거바오쉐(戈宝学) 연구팀과 상하이과기대학교 라오쯔허(饶子和) 연구팀은 공동으로 결핵균에 존재하고 있는 일종의 매우 총명한 단백질이 인체 단백질 분자를 이용해 자체 면역계를 공격함으로써 결핵병을 유발함을 발견하였다. 해당 연구 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다(https://www.nature.com/articles/s41586-019-1915-7). 결핵병은 지금까지도 세계적으로 감염으로 인한 사망의 주원인이다. 세계보건기구 통계에 따르면 2018년 전세계 새 발병건수는 1,000만 건에 이르는 것으로 나타났다. 항결핵균 약물의 광범위한 사용에 의한 약물내성 결핵병 발생상황은 해마다 심각해지고 있고 이에 따라 커지는 결핵병 치료의 어려움은 세계적인 과제로 되고 있다. 현재까지 결핵균 감염·발병 및 약물내성 메커니즘은 완전히 밝혀지지 않았고 결핵병에 대한 빠르고도 정확한 진단방법도 부족하며 신형 약물이 없는 등 이유로 결핵병에 대한 예방은 여전히 큰 도전에 직면해 있다. 연구팀은 "결핵균과 숙주의 상호작용이 감염성질병 발생의 기초"라는 핵심문제를 둘러싸고 결핵균 감염·발병 과정 중 핵심 병원균과 숙주 분자기계(Molecular Machine)의 구조, 기능 및 조절 메커니즘을 연구하였다. 또한 표적 결핵균과 숙주 상호작용의 차원에서 접근해 신형 항결핵 약물 개발을 추진하였다. 인체가 결핵균에 감염시 결핵균은 독성인자 Rv0222를 분비할 수 있고 Rv0222은 인체의 단백질수식시스템을 이용해 2차 가공을 거친 후 효과적으로 인체면역계 공격에 저항할 수 있다. 이로써 결핵균의 인체면역계로부터 도피 및 발병이 초래된다. 즉, 해당 단백질은 인체 자신의 "창(단백질 분자)"을 이용해 자신의 "방패(면역계)"를 공격함으로써 인체 면역계의 공격을 피해가며 최종적으로 결핵병 발생을 초래한다. 현재 이와 관련한 일련의 성과가 "Nature", "Nature Microbiology" 등 저널에 각각 게재되었다. 해당 연구는 결핵균이 인체 유비퀴틴화 시스템을 이용해 인체 면역공격을 피해가는 도피 메커니즘을 완전하게 서술함으로써 단백질수식시스템의 감염성질병 조절에서의 역할에 대한 이해를 넓혔다. 또한 단백질 구조 분석 및 기능 탐구를 통해 Rv0222 독성 단백질이 76 부위 라이신에서 유비퀴틴화 수식을 발생한 후 독성을 발휘함을 정확하게 규명하였는바 이는 후속 신형 항결핵 약물 개발에 정밀 표적을 제공할 수 있다. 실험현장 실험현장2 실험결과논의

베르베린의 결장직장암 절제술 후의 재발 예방 발견

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상하이교통대학교 의과대학 부속런지(仁济)병원 소화과 팡징위안(房静远) 연구팀은 중국 전통 중약재인 황련(黄连) 추출물 베르베린(berberine, BBR)이 결장직장암 발병전 질환인 선종의 내시경 절제 후 재발을 방지하는 작용이 있음을 입증했다. 해당 연구는 선종 절제술 후의 화학적 예방을 위한 새로운 선택을 제공한다. 결장직장암은 세계에서 가장 흔한 악성종양으로 최근 10년간 발병율이 신속한 증가 추세를 보이고 있다. 약 90% 이상의 결장직장암은 결장직장 선종에서 비롯된다. 50세 이상 성인 중 선종 유병률이 약 30%~40%이며 내시경 절제를 통해 결장직장암의 발병을 예방할 수 있다. 절제술 1년 후의 선종 재발율은 30% 이상이고 3년 후 재발율은 약 50%이다. 선종 재발을 화학적 예방하는 약물과 방법 연구가 진행되고 있지만 개발한 약물은 거의 부작용이나 비싼 가격으로 인해 보급이 어렵다. 결장직장암 예방은 공중보건 분야의 주요 어려움으로 되고 있다. 해당 연구는 상하이교통대학교 의과대학 부속런지병원, 해방군총병원 제7의학센터, 텐진(天津)의과대학교 총병원, 남방의과대학교 남방병원, 샤먼(厦门)대학교 부속중산병원, 난징(南京)대학교 의과대학 부속구러우(鼓楼)병원, 퉁지(同济)대학교 부속상하이제10인민병원 등 7개 병원 소화과에서 공동으로 대규모 무작위, 이중맹검, 플라세보 대조 임상시험 연구를 완성했다. 해당 대조 연구 성과는 "Lancet Gastroenterology and Hepatology"에 게재되었다. 연구팀은 엽산이 50세 이상 성인의 결장직장암 조기 발생을 예방함을 입증하고 대변의 공생 클로스트리듐 검사를 통해 직장 선종과 조기암을 조기경보할 수 있음을 입증했다.

세계 첫 1만 종 원생생물 게놈 프로젝트 가동

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1만 종 대표적 원생생물 유전자 지도 작성 및 대규모 원생생물 유전자원 데이터베이스 구축을 취지로 하는 세계 첫 1만 종 원생생물 게놈 프로젝트(Protist 10000 Genomes Project, 약칭 P10K)가 공식 발표되었다. 원생생물은 주로 단세포 진핵생물로 구성된 생물의 5계(식물계, 진균계, 동물계, 원생생물계, 원핵생물계) 중 하나로 단세포 진핵조류(eukaryotic algae) 및 원생동물 등이 포함되는데 이미 기재된 종만 해도 6만 종을 초과하며 알려지지 않은 종의 수는 더구나 짐작하기 어렵다. 물이 있는 곳이기만 하면 존재할 정도로 원생생물의 분포는 매우 광범위하다. 원생생물은 수생생태계를 구성하는 주요 성분이다. 그중 지구의 약 50% 광합성작용을 담당하는 조류는 수생동물(aquatic animal)과 인간의 질좋은 먹잇감이자 영양식품이다. 일부 와편모조류 및 규조의 대량번식은 하천/해양의 유독성 조류 대증식을 일으켜 심각한 환경문제를 야기한다. 그리고 인간 말라리아를 유발하는 말라리아원충, 수면병(sleeping sickness)을 유발하는 트리파노소마(trypanosome), 닭 콕시듐병을 유발하는 콕시디아(Coccidia), 어류 백점병을 유발하는 백점충(Ichthyophthirius Multifiliis) 등 많은 원생생물은 인간, 가축·가금, 수생동물의 주요 병원성 기생충이다. 현재 기초생물학 연구 분야에서 일부 원생생물이 모델생물로 이용되는 등 큰 기여를 하고 있다. 예를 들어 테트라히메나 테모필라(Tetrahymena thermophila)에서의 리보자임(ribozyme), 텔로미어(telomere), 텔로머라제(telomerase) 등 발견은 각각 1989년과 2009년의 노벨상으로 선정되었다. 하지만 공개 발표된 유전체 데이터 관련 원생생물은 400여 종 밖에 안 된다. P10K은 중국과학원 수생생물연구소, 시짱대학교, 허난농업대학교, 중국농업과학원 란저우수의(兽医)연구소, 중국과학원 베이징게놈연구소, 화중과기대학교 등 기관이 공동 발의하였다. P10K은 세계 최초의 원생생물계를 대상한 대규모 게놈 프로젝트이다. 동 계획은 상기 발의기관이 보관하고 있는 3,000여 종 진핵조류/원생동물 유전자원에 의존하는 한편 지속적인 샘플 수집 및 메타게놈 데이터 발굴을 통해 향후 3년 동안에 원생생물의 전부 26개 문을 포함하며 85% 이상의 강, 60% 이상의 목, 30% 이상의 과를 포함시킨 약 1만 종 원생생물에 대한 게놈시퀀싱 및 분석을 완성할 계획이다. P10K 추진은 생물의 다양성 형성 메커니즘 및 다세포생물/유성생식의 기원·진화 등 중요 기초생명과학문제 이해에 도움을 주며, 국가과기자원공유서비스플랫폼 정보상호연결을 촉진하고, 생태환경보호/영양건강/질병예방 관련 원생생물 유전자원 발굴 및 응용·실천을 촉진할 전망이다. 특히 개방형 연맹방식으로 운영될 예정인 해당 계획에 중국내외 관련 연구진이 가입할 수 있다는데 귀추가 주목된다.

중국 최초로 로봇 보조 전체 뇌혈관 조영술 성공

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서우두(首都)의과대학교 부속베이징톈탄(天壇)병원은 자체로 개발한 "루반(魯班)" 최소침습 혈관중재술 로봇을 이용하여 중국 최초로 로봇 보조 전체 뇌혈관 조영술을 시행했다. 의료진은 모니터링실에서 원격조종을 통해 1명의 산시(陝西) 여성 환자의 좌/우경동맥, 쇄골하동맥, 추간판동맥 등 혈관 조영술을 정밀하게 수행했다. 뇌혈관조영술은 조영제 동맥혈관 주입을 통해 뇌내 주요 혈관의 형태, 부위, 분포 및 경로를 X선 검사하는 기술로서 뇌혈관질환 검사에 광범위하게 이용되며 특히 동맥류, 동정맥기형 등에 대한 정성/위치확정 진단에 이용된다. 일반적으로 해당 수술 전체 과정에서 의료진은 방사선에 노출되며 엄밀한 방호 조치를 채택하지만 장기간 해당 작업에 종사할 경우 일정한 위험성이 존재한다. 로봇의 참여로 의료진은 복사 위험과 멀리할 수 있다. "루반" 수술 로봇은 베이징톈탄병원 리유샹(李佑祥) 임상 연구팀과 베이징이공대학교 샤오난(肖楠) 로봇 기술 연구팀은 공동으로 과기부 "혈관내 중재술 로봇의 임상 응용 연구" 국가중점 연구개발 프로젝트의 지원 하에 개발한 완전한 자체 지식재산권을 보유하고 있는 최소침습 혈관중재술 로봇 시스템이다. 연구팀은 프로젝트 이행 과정에서 동일 구조형 다중 기계 협동 튜브 스레드(Tube thread) 전달, 무균 격리 비고정 연합 동력전달 등 많은 항목의 최소침습 중재술 로봇의 핵심 기술을 파악했다. 현재 "루반" 수술 로봇의 조작 범위는 주로 수술실 외부에서의 조작에만 적합하다. 5G 기술의 발전에 따라 혈관 중재 로봇은 지역 한계를 벗어난 수술을 달성할 전망이다.

난소 과립세포로 전환시킨 난자로 건강한 생쥐 획득

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난카이대학교 생명과학대학 및 약물화학생물학국가중점실험실 류린(劉林) 연구팀은 세계 최초로 완전 화학소분자 방법을 통해 난소 과립세포를 생식계 전이능력을 보유한 유도만능줄기세포로 성공적으로 재프로그래밍한 다음 난자를 분화형성하였고 또한 정상적 수정을 거쳐 건강한 생쥐를 획득하였다. 해당 성과는 생식능력 유지, 생체 분비 조절 등 연구에 새 아이디어를 제공하였다. 상기 화학적 재프로그래밍 방법은 윤리 문제를 효과적으로 회피함과 아울러 안전 위험을 낮출 수 있다. 최근 "Cell Reports"는 해당 논문을 게재하였고 "Cell"은 해당 발견을 헤드라인 문장으로 발표하였다. 여성의 난소 노화는 불임불육을 초래하는 외 관상동맥성 심장병, 골다공증, 내분비 장애 등 만성질환을 유발할 수 있다. 난자는 생명 잉태의 핵심이다. 체외에서 충분한 양의 난자를 획득해 난소에 보충하는 것은 생식능력 회복 및 임상 생식노화 치료에 중요한 가치가 있다. 이 또한 세계 각국 생물학계가 앞 다투어 해결하고자 하는 과학과제이다. 류린 교수 연구팀은 완전 화학소분자 재프로그래밍 방법으로 해당 문제를 해결하였다. 난소 과립세포는 난포에서 난모세포와 상호작용하며 또한 난자 생성을 촉진하는 일종의 체세포이다. 난소 과립세포를 만능세포로 유도해 난모세포로 전환시킬 경우 난자 수효 부족의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 난소 과립세포에서 난자를 얻고자 연구팀은 재프로그래밍기술로 유도만능줄기세포를 획득하는 방법을 고안했다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 비슷한 발육잠재력을 보유하며 또한 생식세포를 분화형성할 수 있다. 일반적으로 형질전환 방식을 통해 유도만능줄기세포를 획득하지만 지금까지 형질전환기술 응용은 논쟁의 여지가 많아 임상 응용이 어렵다. 배합이 확실한 화학소분자물질로 난소 과립세포를 유도만능줄기세포로 전환시킬 경우 형질전환 방법이 가져다주는 위험을 회피할 수 있다. 이를 감안해 연구팀은 반복적 시험 끝에 CADS(Croconic acid disodium salt) 등 화학물질을 함유한 소분자 배양액을 제조하였고 또한 해당 배양액으로 세포를 처리하였다. 해당 방법은 난소 과립세포를 고효율적으로 유도만능줄기세포로 전환시킬 수 있다. 이렇게 획득한 유도만능줄기세포는 안정적인 유전체, 점진적으로 길어지는 말단소체(telomere), 비교적 좋은 품질을 보유함이 입증되었다. 인간 과립세포의 성질, 유도만능줄기세포 생성 및 생식세포의 발육패턴은 모두 생쥐와 어느 정도 차이가 있다. 하지만 최근 연구에서 인간 배아줄기세포를 이용해 난자의 전신인 난원세포(oogonium)를 분화형성시킴으로써 체외 난자 형성에 기반을 마련하였다. 해당 연구는 최초로 과립세포를 난모세포로 전환시켰는데 이는 발생 및 생식생물학 분야의 중요한 성과이다. 하지만 생쥐에서 인간에까지 응용되려면 아직도 가야 할 길이 멀다. 그러나 불임불육 치료에 비해 생식능력 및 내분비 기능 유지 면에서 그 전망이 더 밝다.

알츠하이머병 치료 신약 "지우치이" 시판 시작

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2019년 12월 29일, 상하이교통대학교 의학대학 부속정신위생센터 샤오스푸(肖世富) 연구팀이 주도하여 개발한 알츠하이머병 치료 신약 "지우치이(九期一)"가 중국에서 본격 시판에 들어갔다. 알츠하이머병 환자는 의사 처방에 의해 전문 약방(DTP 약방)에서 구매할 수 있으며 1곽의 판매가격은 895 위안(한화로 약 15만원)이다. "지우치이" 1,2,3단계 임상시험 연구에 1,199명의 중국 피험자가 참여했다. 3단계 임상시험은 베이징셰허(協和)병원과 상하이교통대학교 의학대학 부속정신위생센터의 주도하에 34개 3급(三級) A급(甲等) 병원에서 수행했으며 818명 피험자가 약물복용 관찰에 참여했다. "지우치이" 약물의 플라세보 대조 연구는 9개월 수행됐다. 임상시험 결과, 약물 유효율은 78%로 지속적이고 뚜렷하게 환자의 인지기능을 개선시킬 수 있을 뿐만 아니라 이상반응 발생률은 플라세보 그룹과 엇비슷했다. "지우치이" 약물이 시판에 들어가기 전 연구팀은 "지우치이"의 작용 메커니즘에 관한 연구를 20여 년 수행했다. 지난 4년 동안, 연구팀은 2,700여 마리 생쥐로 23차의 시험(해당 논문은 2019년 9월 "Cell Research"에 게재)을 수행해 실질적인 매우 중요한 약물 작용 메커니즘 연구를 수행했다. 2019년 12월 26일, 연구팀은 "조건부 시판허가"에 요구되는 생쥐 107주 발암 독성 실험결과를 국가식품약품감독관리국에 납부했다. 심사결과, "지우치이"는 생쥐에 대한 발암 위험성이 없다. 상하이뤼구(綠谷)제약유한회사는 향후 30억 달러를 투자해 "지우치이" 출시 후 실제적 연구, 국제 다중심 3단계 임상연구 "녹색 기억", 적응증 확장 연구 및 심층적인 메커니즘 연구 등을 지원하며 2024년에 국제 다중심 임상시험을 완료하고 2025년에 신약 세계적 등록을 완료할 예정이다.

불명원인으로 인한 반복적 발열 메커니즘 규명

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저장(浙江)대학교 생명과학연구원 저우칭(周青) 연구팀은 1명의 자체 염증성 질환 환아의 발병 분자 메커니즘에 관한 연구를 통해 최초로 인간 수용체 상호작용 프로테인키나이제(RIPK1) 변이가 자체 염증성 질환을 유발함을 발견했다. 이로써 해당 종류의 자체 염증성 질환 임상치료에 더욱 정밀한 치료 방법을 제공할 전망이다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재됐다. 많은 자체 염증성 질환은 단일 유전자의 유전병이며 이미 약 40종의 발병 유전자가 발견됐다. 자체 염증성 질환은 주기성, 반복성 발열 외에 발진, 관절염 등 증상을 동반한다. 중국에도 많은 불명성 발열 병례가 있으며 일반적으로 감염으로 인한 유발로 인정하고 유전병과 연관시키지 않으며 주로 항생제류 약물로 치료하기에 치료효과가 없다. 2018년, 푸단(復旦)대학교 부속소아과병원에서 접수한 1명의 환아는 감염되지 않은 상황에서 반복적 주기성 발열 증상이 발생하여 자체 염증성 질환으로 예측했다. 뿐만 아니라 환아에게서 아직 밝혀지지 않은 새로운 유전자 돌연변이가 발생했다. 연구 결과, 해당 환아 체내의 RIPK1 유전자 돌연변이 발생으로 RIPK1 유전자가 코딩하는 RIPK1 단백질은 프로테아제 Caspase-8의 절단 위치에서 아미노산 변화가 유발되어 RIPK1가 정상적으로 절단되지 못했다. 이로 인하여 RIPK1의 정상적인 활성화 모드가 파괴되어 활성화가 증가되고 일정한 수준에서 세포 사멸 및 프로그램화 사멸을 촉진시킨다. 세포의 "생사(Life or death)" 평형 파괴로 환아 체내의 염증인자 수준이 비정상적으로 상승함과 아울러 발열 등 염증 증상이 자발적으로 발생했다. 연구팀은 환아의 다양한 종류 세포는 동일한 RIPK1 돌연변이에 대하여 다양한 대응 조치를 보유하고 있음을 발견했다. 이는 인체의 다양한 조직 및 세포는 동일한 유전자형 조건에서 판이한 표현형을 나타냄을 의미한다. 해당 발견은 RIPK1이 다양한 종류 세포사멸을 조절하는 과정에서의 역할에 대한 인식을 풍부히 했다. 정상적인 인체에는 전체 길이 RIPK1과 절단된 RIPK1이 공동으로 존재하며 건강 문제를 유발하지 않는다. RIPK1 돌연변이가 발생한 환자 체내에 전체 길이 RIPK1 단백질 비율이 상승하고 절단된 RIPK1이 감소된다. 발병 메커니즘 연구 과정에서 연구팀은 환자 체내의 RIPK1 단백질은 아미노산 돌연변이가 발생함을 발견했다. 유전자 돌연변이 발생으로 RIPK1 단백질은 프로테아제에 의해 정밀 절단될 수 없기에 RIPK1 단백질은 활성화 상태를 지속적으로 유지하여 세포의 사멸 및 괴사를 유발하며 세포의 사멸 및 괴사는 염증인자의 방출을 활성화시키고 증가된 염증인자는 세포사멸을 더 촉진시킨다. 환아의 혈청 및 말초혈단핵세포에 대한 연구에서 연구팀은 IL-6, TNF 등 염증인자 함량이 매우 높으며 특히 환아가 발열시 해당 염증인자 함량이 매우 높음을 발견했다. 생쥐 실험 결과, RIPK1 돌연변이 발생 생쥐 세포도 자극에 대하여 더욱 민감하고 높은 수준의 염증인자를 방출하는 동시에 세포사멸을 유도한다. 해당 연구에서 연구팀은 염증인자 IL-6의 환자 체내에서 대량 발현 및 그 유발 메커니즘을 발견했다. 따라서 자체 염증성 질환 치료에서 IL-6 수용체 기반 억제제를 사용해야 한다. 자체 염증성 질환 치료에 적합한 다양한 염증 반응 통로에 근거하여 이미 다양한 생물 억제제를 개발했다. 연구팀은 또한 피부 섬유아세포 내 RIPK1, TNFR1 등 단백질 발현 수준의 뚜렷한 하향 조절, 세포 내 글루타티온(GSH) 함량 증가, 활성산소(ROS) 함량 감소 등 변화는 세포가 다양한 사멸 형식에 대한 저항성임을 발견했다. 해당 현상은 RIPK1 돌연변이로 유발된 다양한 자극 고민감성 환아의 섬유아세포를 기반으로 다양한 보상 메커니즘을 확정하여 생체 안정상태를 유지해야 함을 제시한다. 해당 연구는 최초로 세포괴사, 세포사멸로 인한 자체 염증성 질환을 발견했으며 향후 더욱 많은 임상 사례를 기반으로 기타 세포사멸로 인한 해당 증상 발병 유전자를 발견하여 해당 질병의 발병 유전자 가계도를 완벽화할 예정이다.

시각피질 회로중 흥분-억제 주기적 진동 발견

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중국과학원 상하이유기화학연구소 생물·화학융합연구센터 허카이원(何凱雯) 연구팀은 미국 존스홉킨스대학교 Alfredo Kirkwood 연구팀과 공동으로 피라미드 뉴런(pyramidal neuron)의 E/I 균형이 항상성을 유지하는 것이 아니라 일주기에 주기적으로 진동함을 최초로 발견하였다. 해당 연구 성과는 "Neuron"에 게재되었다. 뉴런의 정보처리 및 전달은 글루타메타제(glutamatergic) 유형의 흥분성 시냅스에 의존해 신경신호를 전달하는 한편 가바너직(GABAergic) 유형의 억제성 시냅스에 의존해 신호전달을 시공간적으로 규제한다. 뉴런의 흥분-억제 사이의 균형관계(E/I 균형)는 뉴런 및 신경망의 기능 발휘를 결정짓는 핵심요소이다. 아울러 수많은 뇌질환 모두 E/I 불균형과 밀접한 연관이 있다. 연구팀은 미세 후시냅스 전류 기록 및 분석을 통해 일차시각피질/전전두엽피질/해마 내 피라미드 뉴런의 흥분성/억제성 시냅스 강도가 24시간 명암주기(light-dark cycle) 내에서 역방향 변화가 발생함을 의외로 발견했다. 흥분성 시냅스 사건의 빈도가 암주기에서 상승시 억제 사건의 빈도는 낮아졌고 반대로 흥분성 시냅스가 명주기에서 저하시 억제성 시냅스는 뚜렷이 증강되었다. 흥분성과 억제성의 역방향 변화는 뉴런의 E/I 균형이 주야간에 대폭적인 파동이 발생함을 시사한다. 이 또한 뇌에 일반적으로 존재하는 생리현상일 가능성이 크다. 연구팀은 일차시각피질을 주연구대상으로 E/I 균형 주기적 진동의 구체적 방식 및 메커니즘을 심층적으로 탐구했다. 생쥐에 대한 미온적이고 짧은 수면박탈을 통해 명주기에서 피라미드 뉴런 억제신호의 증가는 수면에 의존함을 발견했는데 이는 이미 밝혀진 수면이 흥분성 시냅스에 대한 조절작용과 비슷하다. 약물학적 방법을 결합하여 연구한 결과 암주기에서 대뇌 eCB 고발현은 시냅스 억제 하향조절에 관여함을 발견했다.

종양 정밀 방사선 치료 시스템 "치린 나이프" 개발

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중국과학원 원자력안전기술연구소 펑린(鳳麟) 연구팀은 완전한 자체 지식재산권을 보유한 "치린 나이프(麒麟刀)"를 개발했다. 중국 국가약품감독관리국에서 발급하는 의료기기 공인증서를 획득한 "치린 나이프" 제품은 최초로 혁신 의료기기 특별 심사에 통과된 정밀 방사선 치료 계획 시스템으로써 중국 첨단 종양 방사선 치료 시장의 국외 독점 국면을 개변시켰다. 중국 국가암센터가 발표한 최신 데이터에 의하면 중국의 암 발병률 및 사망률은 전세계적으로 가장 높으며 1년에 약 400만 명의 암환자가 증가되고 있다. 그 중에서 70% 암환자가 방사선 치료에 의존한다. 연구팀은 18년 동안 연구를 거쳐 "치린 나이프"를 개발했다. "치린 나이프"는 정밀 계획, 정밀 위치확정, 정밀 방사 및 정밀 평가 등 "4가지 정밀" 기술을 적용했기에 종양 위치확정 정밀도가 서브밀리미터급에 달하고 방사선량 편차가 2% 이하로 세계 선진 수준에 도달했다. 또한 종양 병소를 효과적으로 살상하는 동시에 정상 기관조직을 최대한 보호한다. "치린 나이프" 정밀 방사선 치료 프로젝트는 난징(南京) 장베이신구(江北新區)에 자리 잡았다. 펑린 연구팀은 다중 입자 정밀 방사선 치료, 방사성 의약품, 암치료 빅데이터 등에 대한 연구개발 및 응용을 수행하여 세계 핵의학연구센터 및 산업 "고지"를 구축함으로써 "건강 중국(健康中國)" 전략 이행에 튼튼한 기반을 마련할 전망이다.