헤모글로빈, 알츠하이머병 치료의 새로운 단서

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단(단장 이창준)과 한국과학기술연구원(KIST, 소장 박기덕) 연구팀이 성상교세포(Astrocyte, 흔히 ‘별세포’라 불림)에 존재하는 헤모글로빈의 항산화 기능을 규명하고, 이를 강화하는 신약 후보 물질을 개발했다고 22일 밝혔다.

알츠하이머병에서의 새로운 병리 기전

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단(단장 이창준)과 한국과학기술연구원(KIST, 소장 박기덕) 공동 연구팀은 성상교세포(Astrocyte, 흔히 ‘별세포’로 불림)에 존재하는 헤모글로빈의 항산화 기능을 새롭게 규명하고, 이 기능을 증진시키는 신약 후보 물질을 개발했다고 22일 발표했다.

연구팀은 헤모글로빈이 성상교세포의 핵소체(Nucleolus)에 존재하며 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 항산화 기능을 수행한다는 사실을 처음으로 확인했다. 혈액 속 단백질로만 알려졌던 헤모글로빈이 뇌세포에서도 중요한 방어 기전을 담당한다는 점을 밝혔다. 특히 알츠하이머병 모델에서 연구팀은 이 항산화 기능이 현저히 저하되면서 산화 스트레스가 증가하고, 그 결과 신경세포 사멸이 가속화하는 현상을 확인했다.

KDS12025, 헤모글로빈 기능 강화 약물

연구팀은 헤모글로빈의 항산화 활성을 강화하는 저분자 화합물 ‘KDS12025’를 합성했다. 이 물질은 혈액-뇌 장벽을 잘 통과하며, 헤모글로빈의 산소 운반 기능에는 영향을 주지 않고 과산화수소 분해 능력을 100배 이상 향상시키는 것을 확인했다.

알츠하이머병 동물 모델에서 KDS12025를 투여한 결과, 기억 유지력과 학습 능력이 정상 수준에 가깝게 회복됐다. 뇌 조직 검사에서는 성상교세포의 헤모글로빈 발현이 회복되고, 산화 스트레스가 억제된 것이 확인됐다.

이번 연구는 알츠하이머병 치료에서 성상교세포-헤모글로빈-과산화수소 축을 새로운 타깃으로 제시했다는 점에서 의미가 있다. 외부 항산화제를 공급하는 기존 방식과 달리, 뇌세포 내 단백질의 고유 기능을 조절해 질환을 완화할 수 있음을 입증했다.

이창준 IBS 단장은 “이번 연구를 통해 헤모글로빈의 항산화 기능을 새롭게 규명했다”라며, “외부에서 항산화제를 공급하는 기존 치료 전략과 달리, 우리 몸 안에 있는 자연 단백질의 기능을 조절하고 강화함으로써 질병을 치료하는 새로운 접근법을 제시한 것”이라고 말했다. 이어 “기초과학의 성과가 세포 수준의 이해를 넘어서 실제 치료 전략과 약물 개발로 이어질 수 있도록 연구를 확대해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 기초·응용 생명과학 전반을 아우르며 세계적 영향력을 인정받은 학술지 <Signal Transduction and Targeted Therapy> 8월 22일 온라인판에 게재됐다.

논문

Won, Woojin, et al. Hemoglobin as a pseudoperoxidase and drug target for oxidative stress-related diseases. bioRxiv (2024): 2024.05.21.594979. doi: https://doi.org/10.1101/2024.05.21.594979.