서울대학교(총장 오세정)는 묵인희 교수(의과대학 생화학교실, 국가 치매극복연구개발사업단 단장) 연구팀과 영국 John Hardy 교수(University College London, 영국) 연구팀이 알츠하이머병 환자 내에는 각기 형질이 비슷한 환자 하위 군집들이 자가포식 (Autophagy) 작용의 차이에 의해 존재하며, 이는 환자 맞춤형 약물 개발의 가능성을 제시한 연구결과 라고 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부와 과학기술정보통신부가 공동으로 추진하는 치매극복연구개발사업과 보건복지부가 추진하는 바이오메디컬 글로벌 인재양성사업의 지원으로 수행되었으며 SCI급 최고 수준의 국제 학술지 ‘Advanced Science’에 6월 13일(월) 온라인판으로 게재되었다.
알츠하이머병은 치매 환자 중 70% 비율을 차지하는 대표적인 퇴행성 뇌 질환이며, 인지기능의 저하와 신경세포의 감소 등을 동반한다. 이 병의 주요 원인으로는 뇌 속에 축적되는 베타-아밀로이드 단백질과 타우 단백질이 알려져 있으나, 여러 복합적인 원인들이 작용하여 발생하는 다원인성 질환으로도 알려져 있다. 이러한 질병의 복잡성으로 인하여 알츠하이머병의 치료제 개발은 매우 어려운 실정이다. 많은 연구자들은 알츠하이머병의 이러한 다원인성에도 어떠한 규칙이 있을 것이라 생각해왔으며, 특정 원인에 의해 같은 알츠하이머병 내에서도 여러 환자 군집들이 존재할 것이라 예측해왔다. 이때 각 군집들은 같은 알츠하이머병 환자처럼 보이더라도 서로 다른 특징을 지니고 있기 때문에, 각 군집에 속한 환자들은 각기 다른 치료법을 다르게 적용해야 할 필요성이 존재한다. 하지만 아직 알츠하이머병 내 존재하는 여러 군집의 특징을 검증해낸 연구는 없다.
본 연구진은 알츠하이머병 내의 환자 군집의 존재를 발굴하고 그 원인을 찾기 위하여 뇌 속에 베타-아밀로이드가 축적된 알츠하이머병 환자 170명을 대상으로 유전체, 전사체, 단백질체 등의 다중 데이터를 동시에 활용하여 환자군 내의 여러 군집의 존재를 밝혀내는 비지도 다중오믹스 기법 (Unsupervised Multi-Omics Analysis)을 수행하였다.
그 결과, 같은 알츠하이머병 환자임에도 불구하고, 서로 다른 특징을 가지는 세 가지 군집이 존재함을 확인하였다. 이를 통해 서로 다른 특징을 지니고 있는 각 군집에 속한 환자들의 특성에 맞추어 맞춤형 치료제를 개발할 수 있는 가능성을 발견하였으며, 각 군집 분석의 결과를 실제 환자의 뇌 영상 종적 추적 데이터, 알츠하이머병의 네트워크 모델 기반 핵심 원인 분석 (Key-driver node analysis) 데이터 등과 비교하여 그 생물학적 의미를 찾아내려 시도하였다.
연구팀의 생물학적 의미 도출 분석 결과, 알츠하이머병 환자 내에서 존재하는 환자 군집의 형성은 자가포식 (Autophagy) 메커니즘에 의한 차이에서 유발된 현상일 가능성을 확인하였다.
해당 결과는 역분화줄기세포 (induced pluripotent stem cells) 유래 뇌 오가노이드 및 미세아교세포 (microglia), 그리고 실제 인간 뇌 전사체 분석 결과를 통해서 재검증 되었다. 그 결과, 알츠하이머병에서 존재하는 자가포식 메커니즘이 환자 뇌와 혈액에서 서로 다른 경로로 작용하여 환자 군집 형성에 영향을 준 것을 확인하였다. 또한 인간 뇌 전사체 분석 결과를 통해서도 자가포식 메커니즘을 통해 환자의 군집 특성의 차이가 유발됨을 확인할 수 있었다.
묵인희 교수는 “본 연구는 겉으로는 비슷해 보이는 알츠하이머병 환자 내에서도 환자들의 특징이 서로 다른 하위 군집들이 존재할 수 있음을 보여주며, 각 군집에 속한 환자들은 각기 다른 치료법을 적용해야 할 필요성을 보여주는 아주 중요한 연구”라고 설명하며, 본 연구가 정밀의학 기반 맞춤형 의약품 (Precision-Medicine-based personalized drugs) 개발에 초석이 될 중요한 지표가 되길 희망한다”라고 기대를 표명하였다.