손상된 신경세포는 재생에 실패하기 때문에 척수의 손상은 회복이 거의 불가능한 것으로 알려져 있다. 또한 척수에 손상이 발생하면 신경섬유의 재성장이 반흔 조직(scar tissue) 및 신경 내부의 분자 경로에 의해서 간섭을 받는 것으로 알려져 있다. 그러나 이번에 독일 본에 위치한 DZNE(German Center for Neurodegenerative Diseases)의 과학자들이 주도한 국제 연구팀이 손상된 척수를 회복시키는 놀라운 시험 결과를 발표했다. 연구팀이 ‘Science’ 최신호에 발표한 논문에 따르면, 항암제인 에포틸론(epothilone)이 마우스 척수의 손상 부위에서 반흔 조직의 형성을 감소시키고 손상된 신경세포의 성장을 촉진시키는 예상하지 못했던 결과가 얻어졌다고 한다. 이러한 효과는 마우스의 신경 재생을 촉진시키고 운동 능력을 향상시키는 것으로 확인되었다고 한다.

신경세포는 전기적 자극의 형태로 신호를 전달하거나 전달받는 전선과 유사한 전도체 역할을 수행한다. 이들 신경세포의 기능은 사고나 질병에 의해서 손상될 수 있다. 이러한 영향을 받은 신경들이 회복 여부는 이들의 위치에 달려있다고 한다. 예를 들어서 팔과 다리, 몸통, 코의 신경세포는 어느 수준까지 재생될 수 있기 때문에 기능의 일부나 전부가 회복될 수 있다고 한다. 그러나 뇌나 척수의 신경세포들은 이러한 능력을 갖고 있지 못하다고 한다. 이들 영역의 신경세포들이 사고나 질병으로 손상되게 되면 장기간의 마비나 장애를 겪을 가능성이 매우 커진다. 그렇다면 이들 영역의 신경세포들이나 신경섬유의 재생이 방해를 받는 이유는 무엇일까? 이들 부위에 새롭게 형성되는 반흔 조직의 저해 인자나 축삭돌기(axon) 재생을 차단하는 다른 세포내 경로가 원인인 것으로 이미 알려져 있다. 반흔 조직은 뇌 또는 척수에 존재하는 신경세포에 손상이 발생한 후 형성되는 이상 조직으로 손상된 신경세포의 기능회복을 차단하는 장애로 작용한다.

이상적인 치료제의 탐색
이번 연구를 주도한 DZNE의 Frank Bradke 교수는 “척추 손상이 발생한 환자들의 축삭돌기 재생을 촉진시키는 이상적인 치료법은 반흔 조직 형성을 저해하는 것이다. 그러나 하락한 축삭돌기의 재생 능력을 재활성화시키는 한편으로 성장 저해인자를 중화시키는 것도 중요하다”고 밝혔다. 더하여 아무리 유망한 물질이 발견되더라도 작용해야 할 부위까지 전달할 수 없다면 효과를 볼 수 없기 때문에 적절한 투여법의 개발도 임상 적용에 필수적이라고 한다. 이러한 점에서 연구팀의 외국의 다른 과학자들과 협력하여 미래의 치료제 개발을 진행하고 있다. 연구팀의 이전 연구에서 미세소관을 고정화시키는 것이 반흔 조직의 형성을 감소시키고 축삭돌기 성장을 촉진할 수 있음을 확인했다. 미세소관은 세포 내부에 존재하는 긴 관처럼 생긴 필라멘트로서 세포가 자라거나 축소되는데 역할을 한다. 이들은 세포의 지지 골격의 일부로서 세포의 성장과 이동도 통제한다고 한다.

에포틸론은 바다해면에 공존하는 미생물에서 유래한 택산(taxane) 계열 미세소관 결합약물이다. 에포틸론은 암세포와 같이 신속하게 분열하는 세포에서 미세소관을 안정화시켜, 세포분열을 차단하고 세포사멸을 촉진한다. 항암제로서 에포틸론은 같은 계열의 기존 택산계열 약물인 파클리탁셀(paclitaxel)과 비교하여 용해도가 뛰어나면서도 부작용은 적어서 기존 약물을 대체할 새로운 항암제로 기대를 모아서 FDA의 허가를 받았다. 그러나 척수 재생에 대한 효과는 이전까지는 보고된 적이 없었던 에포틸론에서 연구팀은 그러한 효과를 확인했다. 논문의 주 저자인 Jörg Ruschel 박사는 “에포틸론의 척수 재생 효과는 투여량에 달려있다. 고용량에서 에포틸론은 암세포의 성장을 저해하지만 저용량에서는 암 치료에 수반되는 부작용 없이 동물의 축삭돌기 성장을 촉진시키는 것으로 나타났다”고 밝혔다. 에포틸론은 유사한 효과를 갖는 다른 항암제보다 효과가 뛰어났으며, 그 이유는 이 물질이 혈관-뇌 장벽을 투과하여 중추 신경계를 침투할 수 있기 때문에 손상된 축삭돌기에 쉽게 직접 전달될 수 있기 때문이었다.

여러 효과를 갖는 하나의 물질
연구팀의 시험에서 에포틸론은 여러 단계에서 작용하는 것으로 나타났다. 에포릴론은 반흔 조직의 세포에서 미세소관 형성을 저해함으로써 반흔 조직의 성장을 감소시켰다고 한다. 따라서 반흔 조직이 척수 병소로 이동하여 반흔을 유발시키지 못하게 만든다. 동시에 에포릴론은 손상된 축삭돌기 말단에서 미세소관의 성장을 촉진시켜서 신경세포의 성장과 재생을 촉진시켰다. 미세소관 안정화라 불리는 동일한 기작을 통하여 에포틸론은 신경세포 축삭돌기에서 성장을 촉진시키는 반면에 반흔 형성 세포의 직접적인 움직임을 저해할 수 있었다. 척추 손상을 유발시킨 후에 에포틸론이 투여된 마우스들은 위약이 투여된 대조군과 비교하여 보다 잘 걷고 균형이나 신체 협응도 향상되었다고 한다. 연구팀의 다음 목표는 여러 형태의 병소에 에포필론의 효과를 시험하는 것이라고 한다.

Journal Reference: Jörg Ruschel, Farida Hellal, Kevin C. Flynn, Sebastian Dupraz, David A. Elliott, Andrea Tedeschi, Margaret Bates, Christopher Sliwinski, Gary Brook, Kristina Dobrint, Michael Peitz, Oliver Brüstle, Michael D. Norenberg, Armin Blesch, Norbert Weidner, Mary Bartlett Bunge, John L. Bixby and Frank Bradke. Systemic administration of epothilone B promotes axon regeneration after spinal cord injury. Science, 2015 DOI: 10.1126/science.aaa2958