그림 연구관련 이미지

전남대학교 김성학 동물자원학부 교수팀이 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구진과 공동으로, 미세먼지(Particulate Matter, PM)가 생체 면역세포의 지질대사를 교란시켜 염증 반응을 유도하는 새로운 분자기전을 규명했다.

4일 전남대에 따르면 이번 연구는 3차원 홀로토모그래피(3D-holotomography)와 다중오믹스(multi-omics) 분석 기술을 통합해, 살아 있는 대식세포(macrophage) 내부에서 미세먼지 노출로 인한 대사 변화를 실시간으로 관찰한 최초 사례로 평가된다.

연구결과는 환경과학 분야 상위 5% 저명 국제학술지인 Journal of Hazardous Materials(피인용지수 12.2, 1975년 창간) 최신호에 게재됐다.

공동연구팀은 미세먼지가 세포 내로 흡입될 때 지질방울(lipid droplet, LD)의 비정상적 역학 변화가 일어나며, 이 과정에서 Lands cycle로 알려진 지질 재구성 경로가 활성화된다는 사실을 확인했다.

이로 인해 라이소포스포리피드(lysophospholipid), 세라마이드(ceramide), 스핑고마이엘린(sphingomyelin) 등 염증성 지질 매개체(inflammatory lipid mediators)의 생성이 증가했고, 이는 면역세포의 지질대사 불균형을 유발해 염증 반응을 촉진하는 핵심 경로임을 입증했다.

또한 연구팀은 3D 홀로토모그래피 영상기법을 통해 생세포 내 지질대사 활성을 시공간적으로 추적함으로써, 염증 반응과 지질방울 역학 변화 간의 직접적 연관성을 실험적으로 규명했다.

이번 연구는 미세먼지 등 환경 오염물질이 세포 수준에서 면역과 대사 변화를 유도하는 구체적 메커니즘을 밝혀낸 중요한 성과다.

특히 비표지(label-free) 세포 영상기술과 다중오믹스 분석을 결합한 융합 연구전략을 제시함으로써, 향후 환경독성·암·대사질환 등 다양한 질환의 세포 대사 기반 바이오마커 발굴과 맞춤형 치료 타깃 개발에 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구에는 ▲전남대학교 김성학 교수(공동교신저자) ▲김현진 박사(공동 제1저자) ▲한국기초과학지원연구원(KBSI) 이성수 책임연구원(공동교신저자) ▲황금숙 책임연구원(공동교신저자) ▲박정원 연구원(공동 제1저자) ▲이주은 연구원(공동 제1저자) 등이 참여했다.

연구는 과학기술정보통신부와 교육부가 지원하는 한국연구재단의 ‘기초연구실지원사업’, 과학기술사업화진흥원의 ‘국산연구장비 기술경쟁력 강화사업’, 그리고 한국기초과학지원연구원 주요사업의 지원으로 수행됐다.

김성학 동물자원학부 교수는 “이번 연구를 통해 미세먼지가 세포 대사 수준에서 염증을 유발하는 원리를 명확히 규명했다”며 “향후 환경독성 인자에 대한 맞춤형 치료 타깃 발굴과 대사질환 예측 기술 개발에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.