미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 “국내 연구진이 타이레놀로 잘 알려져 있는 아세트아미노펜 과용으로 유발되는 급성 간독성을 조절할 수 있는 새로운 인자 ‘지에이디디45베타(GADD45β)’를 발견하였다”라고 밝혔다. 

이철호 박사와 김용훈 박사, 황정환 박사(이상 한국생명공학연구원) 등은 급성 간독성 조절기전 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원)을 통하여 수행하였으며, 이 연구는 저널 오브 헤파톨로지(Journal of Hepatology) 7월호에 게재되었고 편집진에 의해 이달의 하이라이트 논문으로 소개되었다.

논문명과 저자 정보는 다음과 같다.
   - 논문명: Metformin Ameliorates Acetaminophen Hepatotoxicity via Gadd45β-Dependent Regulation of JNK Signaling in Mice
    - 저자 정보: 김용훈(제1저자, 생명연 선임기술원), 황정환(공동제1저자, 생명연 선임연구원), 이철호(교신저자, 생명연 책임연구원)

논문의 주요 내용은 다음과 같다.

 1. 연구의 필요성
  가. 타이레놀이라는 상품명으로 잘 알려져 있는 아세트아미노펜은 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 대표적인 해열·진통제이다. 성인 기준 하루 4g 이하의 용량을 섭취했을 때는 특별한 부작용이 없지만, 과량 섭취하면 간에 심각한 중독 작용을 일으켜 급성 간독성에 의한 사망에까지 이르게 된다고 알려져 있다.
   ※ 아세트아미노펜의 부작용 보고는 2011년 1천5백여건에서 2013년 4천건 이상으로 지속적으로 증가하는 추세

  나. 현재까지는 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성이 발생하면 아세틸시스테인(N-acetylcysteine)을 투여하여 항산화 능력을 증진시켜 주는 치료법을 쓰고 있다. 하지만 아세틸시스테인은 특유의 냄새로 구토를 유발하거나 과량 투여시 이상반응을 일으킬 수 있으므로 보다 효율적이며 우수한 치료법 개발이 요구되는 상황이다. 
    ＊ 아세틸시스테인(N-acetylcysteine): 세포 및 생체 내 대표적인 항산화제인 글루타치온(glutathione)의 생산과 재생을 촉진시키는 기능이 있음

 2. 개발 원리: 실험용 쥐에게 다양한 내·외부 자극에 의한 세포 반응을 조절하는 유전자인 GADD45β를 결핍시켰다. 그 결과 아세트아미노펜 간독성 발생의 주요 원인으로 알려진 활성산소에 의해 손상 자극은 차이가 없었지만, 또 다른 간 손상 유발의 중요한 원인인 제이앤케이(JNK)가 급격하고 지속적으로 활성화됨을 발견했다. 이러한 쥐는 급성 간독성 발병률과 사망률이 두 배 가량 높아졌다. 따라서 GADD45β가 결핍되면 아세트아미노펜에 의한 간 손상이 심해지게 됨을 알 수 있었다.
    * 활성산소 : 환경오염이나 자외선, 술, 담배, 독성물질, 과도한 스트레스 등으로 반응성이 높은 산소가 과잉 생산되어 몸속에서 산화 작용을 일으켜 DNA, 세포막, 세포구조 등을 손상시킴.
     * 제이앤케이(JNK) : 다양한 스트레스에 반응해 세포 내 신호전달을 조절하는 효소

 3. 연구 성과: GADD45β 발현을 증가시키는 메트포민(metformin)* 을 투여한 생쥐에서는 아세트아미노펜 급성 간독성 억제 효과가 약 두 배 증가함을 최초로 밝혔다. 이 성과는 아세트아미노펜 급성 간독성의 효과적인 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.
    * 메트포민(metformin): 당뇨병 치료제로 사용되고 있는 약물로서 금번 연구를 통하여 간에서 GADD45β를 증가 시킨다는 것을 확인함. 

이번 연구를 주도한 이철호 박사는“이번 연구는 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성 유발과정에 새로운 독성억제 조절인자로서 GADD45β의 기능을 처음으로 규명한 사례”로서, “향후 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상 제어에 대한 연구와 효과적인 치료제 개발을 위한 기반지식으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구 의의를 밝혔다. 

연 구 결 과  개 요

1. 연구배경
  ㅇ 타이레놀이라는 이름으로 잘 알려져 있는 아세트아미노펜은 세계적으로 널리 사용되고 쉽게 구할 수 있는 해열·진통제로, 치료용량에서는 부작용이나 과민반응이 거의 나타나지 않지만 오용하거나 과용량을 섭취하게 되면 심각한 간독성을 유발하여 급성 간손상에 의한 사망의 주요 원인이 되고 있다. 하지만, 현재 사용되고 있는 치료법은 아세틸시스테인(N-acetylcysteine) 투여를 통하여 간세포에 결핍된 글루타치온(glutathione)을 보충해 주는 방법이 유일하게 사용되고 있는데, 아세틸시스테인의 특유 냄새로 인하여 구토를 유발하거나 과량투여에 의한 이상반응을 일으킬 수 있기 때문에 많은 주의가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성을 억제할 수 있는 새로운 조절인자를 발굴하고 분자수준에서의 기능을 규명하여, 보다 안전하고 효율적인 아세트아미노펜 급성 간독성 치료제 개발을 위한 새로운 가능성을 제시하고자 하였다.
  ㅇ GADD45β는 세포내 스트레스 센서로서 다양한 스트레스에 대한 세포의 반응을 조절하는 인자로 알려져 있으나 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성 발현과정에서 관련 기능은 밝혀져 있지 않았다. 본 연구를 통하여 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상 발생을 조절하는 새로운 인자로서 GADD45β의 가능성과 그 역할을 규명하게 되었다.

 2. 연구내용
  ㅇ 고용량의 아세트아미노펜을 실험용 생쥐에 투여하여 급성 간독성 유도를 하였을 때 간에서 GADD45β의 발현이 급격히 늘어나는 것을 관찰할 수 있었으며, GADD45β 유전자가 결핍된 생쥐에서는 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성이 증가하고 사망률이 높아지는 것을 확인하였다.
  ㅇ 또한, GADD45β 유전자가 결핍되더라도 아세트아미노펜 간독성 발생의 중요한 원인으로 알려진 활성산소 스트레스의 차이는 없었지만, 또 다른 간손상 유발의 중요한 지표인 제이앤케이(JNK)*의 지속적인 활성화는 급격히 증가된다는 것을 확인하였다.
*제이앤케이(JNK): 다양한 스트레스에 반응해 세포 내 신호전달을 조절하는 효소
  ㅇ 한편, 당뇨병 치료제로 널리 사용되고 있는 메트포민을 생쥐에게 투여하면 간에서 GADD45β 유전자 발현이 증가된다는 것을 확인하고, 이와 같은 메트포민을 아세트아미노펜 간독성이 유도된 생쥐에 함께 투여하여 간에서의 GADD45β 유전자 발현을 증가시켰더니 제이앤케이(JNK)의 지속적인 활성화가 감소되면서 간손상이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 이와 같은 메트포민의 아세트아미노펜 급성 간독성  개선효과는 GADD45β 유전자가 결핍된 생쥐에서는 나타나지 않는다는 것을 확인하였다.
 ㅇ 이와 같은 결과들은 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상 발생과정에 GADD45β가 간독성을 조절하는 중요한 인자이며, GADD45β를 간에서 증가시켜 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상을 개선 및 치료할 수 있다는 새로운 가능성을 제시한 결과로서 사료된다.
 
3. 기대효과
 ㅇ 본 연구는 세계적으로 가장 많이 사용되고 쉽게 구할 수 있는 해열·진통제인 아세트아미노펜의 심각한 부작용인 급성 간손상의 새로운 독성억제 조절인자로서 GADD45β의 기능을 처음으로 규명한 연구이며, 향후 GADD45β의 조절을 통한 아세트아미노펜의 급성 간독성 치료제 개발을 위한 근거자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연 구 결 과 문 답

이번 성과 뭐가 다른가

아세트아미노펜에 의한 급성 간독성 발생을 조절할 수 있는 새로운 인자로 GADD45β의 활용 가능성과 기능을 규명함.

어디에 쓸 수 있나

향후 GADD45β를 조절할 수 있는 물질을 발굴하여 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성 환자의 치료에 적용할 수 있는 신개념의 약제 개발을 위한 기초연구 결과로 활용함.

실용화까지 필요한 시간은

GADD45β를 조절하는 새로운 치료제를 개발할 경우에는 물질 발굴, 최적화, 전임상 및 임상시험 기간 등을 감안하여 본다면 상당한 시간적인 소요가 예상됨.

실용화를 위한 과제는

실질적인 GADD45β를 조절을 통한 새로운 치료제를 개발을 위해서는 물질연구, 전임상 및 임상시험 등과 같은 다양한 분야의 연구자들과의 협력 연구가 필요함.

연구를 시작한 계기는

해열진통 효과가 뛰어나고 주변에서 쉽게 구할 수 있는 아세트아미노펜을 과량섭취하게 되면 급성 간독성으로 사망할 수 있다는 심각한 부작용이 있다는 점에 비하여, 아세트아미노펜 급성 간독성의 치료방법은 항산화제 투여 이외의 다른 대안이 없는 상황이기 때문에, 아세트아미노펜의 독성유발에 대한 분자기전 연구를 통하여 새로운 치료 가능성을 찾고자 본 연구를 시작하게 되었음.

에피소드가 있다면

본 연구에서 GADD45β 발현을 증가시키는 시험물질로 메트포민을 사용하게 된 것은 이전부터 당뇨병 치료제로 사용되는 메트포민의 다양한 기능에 대하여 꾸준히 연구해 온 경험이 있었기 때문에, 상대적으로 빠르게 아세트아미노펜에 대한 급성 간독성 억제효과를 발견할 수 있었으며, 이를 바탕으로 결국은 GADD45β 발현을 통한 아세트아미노펜의 급성 간독성 조절이 가능하다는 것을 규명할 수 있었음.

꼭 이루고 싶은 목표는

금번 기초원천기술연구를 바탕으로 밝혀진 GADD45β를 기반으로 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상을 억제할 수 있는 새로운 치료제의 성공적인 개발.

신진연구자를 위한 한마디

어떤 연구라도 처음에는 작은 부분에서 시작하여 많은 시행착오와 반복적인 실험과정을 거쳐 완성되는 만큼, 무엇보다 열린 마음과 자세로 관련 연구자들과 소통하며 꾸준히 연구를 수행한다면 좋은 결실을 얻을 수 있음.

[그림1] 아세트아미노펜과 메트포민을 함께 투여한 후 비교한 간독성 분석

실험용 생쥐에 아세트아미노펜을 투여하면 간에서 GADD45β의 유전자 발현이 증가하는데  메트포민을 같이 먹이게 되면 더욱 증가되었다(A). 또한, 아세트아미노펜 투여에 의해 증가한 혈액 내 간손상 정도를 가리키는 마커인 ALT(B)와 사진에서 흰색부분으로 나타나는 간세포가 사멸된 지역(C)이 메트포민을 함께 먹이게 되면 감소되었다. 이와 같은 결과는 고용량의 아세트아미노펜을 먹이게 되면 보호적인 기전으로 GADD45β가 증가하게 되는데, 이때 GADD45β를 더욱 증가될 수 있도록 조절해 주면 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상을 억제시킬 수 있다는 것을 나타낸다.

[그림 2] GADD45β 유전자 결핍 생쥐와 정상 생쥐에서 아세트아미노펜에 의한  간독성 비교 결과

실험용 생쥐에게 아세트아미노펜을 투여시 혈액 내 간손상 마커인 ALT(A)와 AST(B)가 GADD45β 유전자 결핍 생쥐에서 더욱 증가했으며, 조직병리학적으로도 간손상이 심한 소견을 보였다. 이러한 급성 간손상은 정상 생쥐에서는 메트포민 투여에 따라 회복되었으나, GADD45β 유전자 결핍 생쥐에서는 급성 간독성에 대한 메트포민의 치료효과가 나타나지 않았다. 따라서 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상에 대한 메트포민의 치료효과는  GADD45β 의존적이라는 것을 나타낸다.

[그림3] 아세트아미노펜 급성 간독성 조절에서 GADD45β의 역할 규명 모식도.

고용량의 아세트아미노펜을 먹게 되면 JNK의 지속적인 활성화에 의한 간세포 손상이 발생하게 되는데, 이러한 상황에서 스트레스에 대한 세포 조절 인자로서 GADD45β가 보호적인 기전으로 증가하여 JNK의 지속적인 활성화를 억제하여 아세트아미노펜에 의한 급성 간독성을 조절하게 된다. 이 때 메트포민과 같이 GADD45β를 높여주는 물질을 투여하게 되면 GADD45β 발현이 더욱 증가되면서 아세트아미노펜에 의한 급성 간손상을 개선시킬 수 있다.

< 논문에 실린 그림설명자료 >