[헬스컨슈머] 당뇨가 진행되는 과정에서 근육의 구조와 기능에 어떤 영향을 미치는 가를 연구한 논문이 화제다.

이 연구를 통해 고혈당 환경에서는 에너지 대사 관련 유전자 발현이 감소하고 산화 스트레스가 증가하는 등 정상적인 활동 적응과 구별되는 변화가 관찰됐고 근육의 기능이 신경뿐 아니라 주변 혈관 환경과의 상호작용에도 영향을 받을 수 있음을 보여준 것으로 나타났다.

가톨릭대학교 부천성모병원 내분비내과 손장원 교수(사진)가 교신저자로서 한국과학기술연구원(KIST)과 고려대학교 기계공학부 연구진 등과 함께 수행한 연구가 국제적 관심을 모았다.

연구진은 3차원으로 배양한 인간 골격근에 운동신경세포와 혈관 내피세포를 통합한 마이크로칩 기반 시스템을 구축해 신경 활동과 대사적 스트레스가 근육의 구조와 기능에 미치는 영향을 분석했다.

연구진은 기존의 단일 근육세포 배양 모델과 달리 이번 연구에서는 3차원 인간 골격근에 운동신경을 연결해 신경 자극에 따른 근육의 수축과 구조적·대사적 적응을 함께 관찰할 수 있도록 했다. 

연구진은 특히 3차원 구조의 경우 근육세포가 일정한 방향으로 배열되고 서로 상호작용하면서 실제 조직에 보다 가까운 형태와 기능을 나타낼 수 있어, 단순한 2차원 세포 배양보다 생리적인 근육 반응을 평가하는 데 유리하다고 강조했다.

연구 결과, 반복적인 신경 자극은 근육의 구조와 에너지 대사, 포도당 이용 등에 변화를 유도해 활동에 따른 적응 반응을 나타냈다. 

반면 고혈당 환경에서는 에너지 대사 관련 유전자 발현이 감소하고 산화 스트레스가 증가하는 등 정상적인 활동 적응과 구별되는 변화가 관찰됐다. 

또한 혈관 내피세포를 추가로 통합했을 때 운동신경세포와 근육세포의 칼슘 반응이 달라져, 근육의 기능이 신경뿐 아니라 주변 혈관 환경과의 상호작용에도 영향을 받을 수 있음을 보여줬다.

손장원 교수는 “근육은 인체에서 포도당을 이용하는 주요 조직으로, 인슐린 저항성과 2형 당뇨병의 발생 및 진행에 중요한 역할을 한다”며 “이번 연구를 통해 신경이 연결된 기능적인 인간 3차원 근육을 고혈당 환경에 노출시켜 나타나는 변화를 직접 관찰할 수 있게 됐다는 점에서 의미가 있다”고 말했다. 

이어 “당뇨병에서 근육의 대사 이상이 어떻게 발생하고 진행되는지를 보다 실제 생체환경에 가깝게 연구할 수 있는 기반을 마련했으며, 향후 운동에 따른 근육의 보호적 적응과 당뇨병 환경에서 나타나는 대사적 손상을 비교하거나 이를 개선하는 치료 전략을 평가하는 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.