당뇨를 일으키는 원인으로 미토콘드리아 손상을 지목하는 연구 결과가 나왔다. 당뇨의 원인인 인슐린 문제가 세포에 에너지를 공급하는 ‘미토콘드리아’의 결함 때문일 수 있다는 내용이다.
당뇨의 원인, 췌장 베타 세포 미성숙
인슐린은 췌장의 베타(β) 세포에서 만들어진다. 당뇨에 관한 여러 연구에 따르면 당뇨 환자는 췌장 베타 세포가 비정상적인 미토콘드리아를 가지고 있어 에너지를 생성할 수 없는 경우가 있다. 다만, 미국 미시간 대학 연구팀에 따르면 ‘왜 이런 현상이 나타나는지’에 대해 설명한 기존 연구는 없었다.
미시간 대학 연구팀은 기능 이상이 발생한 미토콘드리아가 베타 세포의 성숙과 기능에 영향을 미친다는 연구 결과를 정리에 「사이언스(Science)」에 발표했다.
연구팀은 쥐 실험을 통해 미토콘드리아의 기능 이상을 유발하고 그 결과를 살펴보았다. 쥐에게 조작을 가해 세 가지 경우를 만들었다. 세포 DNA를 손상시킨 경우, 결함이 있는 미토콘드리아를 제거하는 경로를 손상시킨 경우, 세포 내 건강한 미토콘드리아 풀을 유지하는 경로를 손상시킨 경우다.
연구팀에 따르면 세 가지 경우 모두 동일한 스트레스 반응이 나타났다. 이로 인해 베타 세포가 미성숙해지고, 충분한 인슐린 생성을 할 수 없는 상태가 됐다. 미시간 대학 내과 조교수 에밀리 M. 워커 박사는 “이 결과는 미토콘드리아가 세포 핵으로 신호를 보냄으로써, ‘세포의 운명’을 바꿀 수 있다는 것을 보여준다”라고 이야기했다.
근본 원인은 미토콘드리아 결함
연구팀은 이러한 결과를 바탕으로 연구 범위를 확대했다. 미토콘드리아는 세포에 에너지를 공급하는 역할을 하므로, 여러 유형의 세포에도 존재한다. 연구팀은 베타 세포의 이상으로 당뇨가 발생하면, 당뇨로 인해 영향을 받는 다른 장기나 조직의 세포에도 그 영향이 있을 거라고 보았다. 체중 증가(지방 세포), 간 기능(간 세포), 근육 손실(근육 세포) 등이 대표적이다.
쥐 모델을 사용해 간 세포와 지방 세포에서 실험한 결과, 이들 세포에도 동일한 스트레스 반응이 발생한다는 것을 확인했다. 미시간 당뇨 연구센터 소장인 스콧 A. 솔레이만푸르 박사는 “모든 세포 유형을 테스트하지는 못했지만, 간과 지방 세포에서 볼 수 있듯 당뇨 영향을 받는 모든 조직에서 나타날 수 있는 현상”이라고 말했다.
당뇨 치료, 미토콘드리아 손상 되돌리기
한편, 이번 연구 결과는 당뇨를 치료하기 위한 접근법으로도 의미가 있다. 미토콘드리아의 손상이 원인이라는 것을 확인했으니, 미토콘드리아 손상을 역전시키면 당뇨 치료에 도움이 될 수 있다는 것이다. 미토콘드리아가 손상됐다고 해서 세포 사멸이 발생하지는 않는다. 즉, 손상된 미토콘드리아가 제 기능을 할 수 있도록 되돌릴 기회가 남아있다는 것이다.
연구팀은 이 가설을 검증하기 위해 세포의 스트레스 반응을 차단하는 ISRIB라는 약물을 사용했다. 앞서 실험에 사용했던 쥐에게 약물을 투여하고 4주가 지나자, 포도당 수치를 조절하는 능력이 회복됐다는 것을 확인할 수 있었다.
솔레이만푸르 박사는 “베타 세포를 잃는 것은 2형 당뇨가 발생하는 가장 직접적인 경로”라며 “이 연구를 통해 2형 당뇨가 왜 발생하는지, 근본적 해결을 위해 어떻게 개입하면 되는지를 설명할 수 있게 됐다”라고 이야기했다.
연구팀은 이후로 추가 연구를 계획 중이다. 방향은 크게 두 가지다. 하나는 베타 세포가 손상되는 경로를 더욱 자세하게 분석하는 것이다. 다른 하나는 실제 당뇨 환자의 세포 샘플을 확보해, 이번 연구 결과가 동일하게 나타나는지를 확인하는 것이다.
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