광주과학기술원(GIST·지스트, 총장 임기철)은 의생명공학과 오창명 교수 연구팀과 전남대학교 치의학전문대학원 박상욱 교수 연구팀이 공동연구를 통해 장내미생물이 만들어내는 천연 대사물질인 ‘유로리틴 A(Urolithin A)*’가 손상된 미토콘드리아를 회복시키고 장내미생물 대사를 조절해 ‘박출률 보존 심부전(Heart Failure with Preserved Ejection Fraction, HFpEF)’의 진행을 억제하는 작용 원리를 규명했다고 밝혔다. 심장은 수축해 혈액을 온몸으로 내보내고, 이완해 다시 혈액을 받아들이는 일을 반복한다. 심부전은 이러한 기능에 이상이 생겨 몸에 필요한 혈액을 충분히 공급하지 못하는 심장 질환이다. 이 가운데 ‘박출률 보존 심부전’은 심장이 혈액을 내보내는 힘은 비교적 정상적으로 유지되지만, 충분히 이완되지 않아 혈액을 제대로 받아들이지 못하는 질환이다. 공동연구팀은 유로리틴 A가 심장 기능 저하와 심장 근육이 딱딱하게 굳는 ‘심근 섬유화’를 개선하는 효과를 확인했다.
* 유로리틴 A(Urolithin A): 석류·딸기·호두 등에 들어 있는 성분이 장내미생물에 의해 대사되는 과정에서 생성되는 물질이다.

박출률 보존 심부전은 전체 심부전의 약 절반을 차지하며, 비만·당뇨병·고혈압 등 대사질환과 밀접한 관련이 있다. 심장 근육이 두꺼워지거나 딱딱해져 이완 과정에서 혈액을 충분히 받아들이지 못하는 것이 특징이다. 그러나 심근 섬유화와 염증, 대사 이상 등 여러 원인이 복합적으로 작용하는 질환이기 때문에 근본적인 발병 원인을 겨냥한 치료법은 아직 부족한 실정이다.

연구진은 박출률 보존 심부전이 진행되면 심장세포에서 에너지를 생산하는 미토콘드리아(Mitochondria)*가 손상되고, 이를 제거하는 기능까지 저하돼 손상된 미토콘드리아가 세포 안에 축적된다는 점에 주목했다. 손상된 미토콘드리아가 쌓이면 심장세포의 에너지 생산이 줄고 염증과 섬유화가 촉진돼 심장 기능이 더욱 악화될 수 있다. 유로리틴 A는 장내미생물이 만들어내는 대사물질로, 노화와 근육질환 연구에서는 미토콘드리아 기능을 개선하는 효과가 알려져 있다. 하지만 박출률 보존 심부전에서의 실제 치료 효과와 작용 원리는 밝혀지지 않았다. 이에 공동연구팀은 유로리틴 A가 손상된 미토콘드리아가 축적되는 악순환을 끊을 수 있는지 확인하기 위해 치료 효과와 작용 원리를 분석했다.
* 미토콘드리아(Mitochondria): 세포가 활동하는 데 필요한 에너지를 생산하는 세포 내 소기관이다.

유로리틴 A의 치료 효과를 확인하기 위해 생쥐에게 고지방 식이를 제공하고 혈관 기능을 떨어뜨리는 물질인 ‘엘-네임(L-NAME)*’를 함께 투여해 비만과 고혈압을 동반한 박출률 보존 심부전 모델을 구축했다. 유로리틴 A를 투여한 결과 ▴저하됐던 심장 이완 기능은 약 32% 개선됐으며 ▴심장 비대는 약 9.4%, ▴심근 섬유화는 유로리틴 A를 투여하지 않은 심부전군보다 약 42% 감소했다. 사람의 유도만능줄기세포**로 만든 심근세포에서도 섬유화와 관련된 유전자 발현이 감소해, 사람의 심근세포에서도 유사한 보호 효과가 나타날 가능성을 확인했다.
* 엘-네임(L-NAME): 혈관을 이완시키는 일산화질소의 생성을 억제해 혈관 기능을 떨어뜨리고 혈압을 높이는 데 사용되는 물질이다.
** 유도만능줄기세포: 성인의 피부나 혈액 등 성인의 체세포를 배아줄기세포와 유사한 상태로 되돌려 다양한 세포로 분화할 수 있도록 만든 세포이다.

작용 원리를 분석한 결과, 유로리틴 A는 손상된 미토콘드리아를 선택적으로 제거하는 세포의 청소 기능인 ‘미토파지(Mitophagy)*’를 활성화해 미토콘드리아의 구조와 에너지 생산 기능을 회복하는 것으로 나타났다. 또한 몸에 과도하게 축적되면 염증과 세포 손상을 일으켜 심혈관질환을 악화시킬 수 있는 ‘세라마이드(Ceramide)**’ 생성에 관여하는 장내미생물의 구성을 변화시키고, 심부전 생쥐에서 증가했던 혈중 세라마이드 농도를 낮추는 효과도 확인했다.
* 미토파지(Mitophagy): 세포가 손상되거나 기능을 잃은 미토콘드리아를 선택적으로 분해·제거하는 과정이다.
** 세라마이드(Ceramide): 세포막을 구성하는 지질의 일종으로, 체내에 지나치게 축적되면 염증과 세포 손상을 일으켜 심혈관질환을 악화시킬 수 있다.

이번 연구는 심장세포의 미토콘드리아 기능과 장내미생물-세라마이드 대사를 동시에 조절하는 새로운 박출률 보존 심부전 치료 전략을 제시했다는 데 의미가 있다.

오창명 교수는 “장내미생물 유래 대사물질인 유로리틴 A가 손상된 미토콘드리아를 제거하는 과정을 촉진하고, 장내미생물과 지질 대사를 함께 조절해 박출률 보존 심부전을 완화할 수 있음을 확인했다”며 “박출률 보존 심부전은 근본적인 치료법이 제한적인 질환인 만큼, 이번 연구가 질환의 발병 기전에 기반한 치료 가능성을 넓히는 계기가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

GIST 의생명공학과 오창명 교수와 전남대학교 치의학전문대학원 박상욱 교수가 지도하고, GIST 의생명공학과 송한결 박사가 제1저자로 수행하고 윤차현·최윤주 박사과정생 등이 참여한 이번 연구는 ▴과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오·의료기술개발사업 ▴보건복지부·한국보건산업진흥원 한국형 ARPA-H 프로젝트 및 보건의료기술연구개발사업 ▴GIST-전남대학교병원 연구협력사업 등의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제학술지 《EMM(Experimental & Molecular Medicine)》에 2026년 7월 10일 온라인으로 게재됐다.

한편 GIST는 이번 연구 성과가 학술적 의의와 함께 산업적 응용 가능성까지 고려한 것으로, 기술이전 관련 협의는 기술사업화센터(hgmoon@gist.ac.kr)를 통해 진행할 수 있다고 밝혔다.

* 논문명: Urolithin A activates mitophagy via the AMPK-mTOR axis and modulates the gut-ceramide axis to ameliorate cardiac remodeling in HFpEF
* 저자: 송한결(제1저자, GIST 의생명공학과 박사후연구원),윤차현(공저자, GIST 의생명공학과 석박통합과정생),최윤주(공저자, 전남대학교 치의학전문대학원 박사과정생),정우주(공저자, 프레스티지바이오파마IDC 연구원),김유민(공저자, GIST 의생명공학과 박사후연구원),김재영(공저자, GIST 의생명공학과 석박통합과정생),이주연(공저자, GIST 의생명공학과 석박통합과정생),류동렬(공저자, GIST 의생명공학과 교수),박상욱(교신저자, 전남대학교 치의학전문대학원 교수,오창명(교신저자, GIST 의생명공학과 교수)

○ 작성자 : 의생명공학과 송한결 박사(제1저자)

○ 연구 배경
박출률 보존 심부전(HFpEF)은 심부전 환자의 절반 이상을 차지하지만, 다양한 원인이 복합적으로 작용하는 특성 때문에 질환의 근본 원인을 겨냥한 치료제 개발이 쉽지 않았다.최근에는 심장세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 기능 저하와 장내미생물 대사 이상이 각각 심부전과 관련된 주요 요인으로 주목받고 있다. 그러나 두 기전이 서로 어떻게 연결되어 질환을 악화시키는지, 이를 동시에 조절할 수 있는 치료 전략은 충분히 규명되지 않았다.이에, 장내미생물이 생성하는 대사물질인 유로리틴 A가 미토콘드리아 기능을 개선하는 것으로 알려져 있다는 점에 착안해, 박출률 보존 심부전에서도 유사한 효과를 나타내는지와 그 작용 원리를 규명하고자 했다.

○ 연구 과정
연구팀은 박출률 보존 심부전(HFpEF) 동물모델을 구축한 뒤, 유로리틴 A를 투여해 심장 기능과 조직 변화, 미토콘드리아 기능, 장내미생물 조성 및 지질 대사의 변화를 종합적으로 분석했다. 또한 동물실험 결과의 임상 적용 가능성을 확인하기 위해 사람 유도만능줄기세포(iPSC) 유래 심근세포를 이용한 검증 실험도 수행했다. 이어 투과전자현미경과 분자생물학적 분석을 통해 미토콘드리아 구조 변화, 미토파지 활성, 세라마이드 대사 조절 과정을 단계적으로 확인함으로써 유로리틴 A의 작용 기전을 규명했다.

○ 성과의 차별점
기존 연구는 미토콘드리아 기능이나 장내미생물 변화 등 개별 기전에 주목한 경우가 많았다. 이번 연구는 유로리틴 A가 미토파지 활성과 장내미생물-세라마이드 대사를 동시에 조절하는 기전을 규명하고, 이러한 변화가 심장 기능 개선과 연관될 수 있음을 제시했다. 이는 박출률 보존 심부전의 새로운 치료 전략 개발 가능성을 제시한 연구라는 점에서 의미가 있다.

○ 산업화 가능성
유로리틴 A는 이미 건강기능식품과 식품 소재 분야에서 연구가 활발히 진행되고 있는 물질로, 안전성에 대한 기초 연구가 축적돼 있다.
이번 연구는 유로리틴 A의 적용 가능성을 심혈관질환 분야까지 확장한 것으로, 향후 박출률 보존 심부전을 비롯한 대사질환 관련 치료제 또는 기능성 소재 개발에 활용될 가능성이 있다.

○ 향후 연구계획
연구팀은 향후 유로리틴 A의 효과를 다양한 박출률 보존 심부전 모델과 임상 연구에서 추가 검증하고, 미토파지와 장내미생물-세라마이드 대사 조절 기전을 보다 정밀하게 규명할 계획이다. 이를 통해 박출률 보존 심부전의 새로운 치료 전략 개발에 기여하고자 한다.