류마티스 관절염의 염증성 관절 부위를 찾아가 염증성 대식세포를 항염증성으로 바꿔 주는 표적형 엑소좀이 소개됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 박재형 교수(성균관대학교) 연구팀이 체내를 순환하면서 염증이 있는 관절 부위에 선택적으로 축적된 후 염증성 대식세포를 항염증 타입으로 재편하는 표적형 줄기세포 엑소좀을 제안했다고 밝혔다.

염증성 대식세포는 염증을 유발하는 대식세포로 M1 대식세포라고도 불리며 류마티스 관절염의 악화에 주요한 원인을 제공한다.

세포 밖으로 분비되는 작은 주머니 엑소좀에는 DNA와 단백질은 물론 마이크로 RNA 등 여러 생체물질이 다량 함유돼 우리 몸의 다양한 생리 현상에 관여한다.

특히 줄기세포 엑소좀은 염증성 대식세포를 항염증성으로 바꿔줄 수 있다고 알려졌지만 체내에서 빨리 분해돼 사라지는 데다 염증 부위가 아닌 간에 주로 축적돼 효과가 제한적이었다.

이에 연구팀은 줄기세포 엑소좀이 염증이 있는 관절 부위를 표적할 수 있도록 표면개질을 시도했다. 염증 부위에 존재하는 염증성 대식세포 표면에 많이 생성되는 수용체(SR-A 수용체)와 결합할 수 있는 덱스트란 설페이트가 줄기세포 엑소좀 표면에 도입될 수 있도록 한 것이다.

나아가 표적성 부여를 위한 당대사공학 및 생물직교성 무동 클릭화학 기반의 세포 표면개질이 엑소좀 내부의 생체물질에는 영향을 미치지 않았다는 설명이다.

당대사공학은 화학 반응기를 세포 표면의 당 단백질에 도입할 수 있는 기술이고, 생물직교성 무동 클릭화학은 아지드(azide)기와 알킨(alkyne)기가 구리 촉매 없이 특이적으로 반응하는 현상이다.

실제 정맥주사를 통해 생쥐에 이렇게 만들어진 줄기세포 엑소좀을 투여하자 염증이 있는 부위에 엑소좀이 상대적으로 집중돼 축적되는 것을 광학영상장치를 통해 확인할 수 있었다.

특히 염증 부위에 표면개질 엑소좀이 축적된 생쥐의 경우 대조군에 비해 관절염 수치가 현저하게 낮아진 것으로 나타났다. 기존 엑소좀 대비 10분의 1 용량에도 비슷한 정도의 관절염 수치를 보였다.

한편, 연구팀은 이같은 엑소좀의 염증 완화가 특정 마이크로 RNA(let-7b-5p 및 miR-24-3p) 때문임을 알아냈다.

당대사공학 및 클릭화학 기술로 엑소좀 고유 기능에는 영향을 주지 않으면서 관절염 부위에 대한 표적 지향성을 부여한 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구) 등의 지원으로 수행됐다.

연구 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월 2일 논문명 ‘Metabolically engineered stem cell-derived exosomes to regulate macrophage heterogeneity in rheumatoid arthritis’, 박재형 교수(교신저자/성균관대학교), 유동길 박사(공동 제1저자/성균관대학교), 임경택 석사(공동 제1저자/성균관대학교), 권승리 박사(공동저자/성균관대학교), 엄우람 박사(공동저자/성균관대학교), 오병훈 석사(공동저자/성균관대학교), 송석호 박사과정(공동저자/성균관대학교), 이정미 연구원(공동저자/성균관대학교), 조동규 교수(공동저자/성균관대학교), 조용우 교수(공동저자/한양대학교) 등으로 게재됐다.