파킨슨병 치료에‘인삼’효과 메커니즘 규명

파킨슨병 치료에‘인삼’효과 메커니즘 규명

 

등록일 2016-11-15

 

 

 

파킨슨병 치료에‘인삼’효과 메커니즘 규명
 

□ 한국연구재단(이사장 조무제)은 김승태 교수(부산대 한의학전문대학원) 연구팀이 한의학에서 널리 사용되는 한약재인 인삼이 뇌신경세포를 보호함으로써 파킨슨병 치료에 효과가 있다는 메커니즘을 실험적으로 입증하였다고 밝혔다.

□ 파킨슨병은 퇴행성 뇌질환 중 하나이다. 치료는 주로 약물 요법을 실시하는 경우가 대부분이나, 증상을 완화하는 정도이며, 근원적인 치료는 현재 어려운 실정이다. 파킨슨병에 대한 인삼의 효과 연구는 국내외에서 일부 발표되었지만, 인삼 투여로 인한 뇌의 변화를 단백질 유전 정보학적 연구 기법을 이용하여 전체적으로 분석한 연구는 이번이 처음이다.

□ 연구팀은 예로부터 우리나라에서 널리 보약의 한약재로 쓰여진 인삼을 파킨슨병 동물 모델에 투여하였다. 그 결과, 파킨슨병의 원인으로 알려진 뇌 안의 도파민성신경세포*를 보호한다는 것을 확인하였다. 또한 이차원 전기영동법*을 통하여 파킨슨병으로 인해 발현이 억제된 63개의 단백질을 인삼 복용 시 회복되는 것을 검증하였고, 유전자 및 게놈의 교토 백과사전 분석*을 통하여 이 단백질들이 당대사 및 파킨슨병 등 퇴행성뇌질환과 관련된 것이라는 것을 확인하였다. 연구팀은 이 연구결과를 통해 인삼이 파킨슨병뿐만 아니라 퇴행성 뇌질환에 광범위하게 효과를 나타낼 가능성을 보여주는 것이라고 설명했다.
     *도파민성신경세포 : 신경세포의 시냅스에서 도파민을 매개로 신호를 전달하는 신경 세포
     *이차원 전기영동법 : 전하량에 의해 분리된 gel을 다시 SDS-PAGE를 시행하여 전하량에 의해 분리된 단백질을 또 다시 분자량에 의해 분리하는 방법 
     *유전자 및 게놈의 교토 백과사전 분석 : 유전자 및 단백질들이 어떠한 경로에 관여하는가를 분석하는 방법 

□ 김승태 교수는 “이 연구는 인삼 복용이 파킨슨병으로 인한 운동 기능의 손실을 회복시키고, 파킨슨병 원인인 도파민성신경세포의 파괴를 억제한다는 사실을 입증한 연구이다. 앞으로 파킨슨병 치료제 연구 개발에 기여할 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

□ 이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(선도연구센터)의 지원을 받아 수행되었으며, 미국 공공과학도서관 저널인 플로스원(PLOS one) 10월 27일자에 게재되었다.

<참고자료> : 1. 논문의 주요내용
             2. 연구결과 개요
             3. 연구이야기
             4. 용어설명
             5. 그림설명

논문의 주요 내용

□ 논문명, 저자정보

   - 논문명 : Proteomic Analysis of the Effect of Korean Red Ginseng in the Striatum of a Parkinson’s Disease Mouse Model
   - 저자 정보 : 김승태 (교신저자), 김동수(제1저자), 전형준 (공동저자), 류선 (공동저자), 구성태 (공동저자), 하기태 (공동저자)

□ 논문의 주요 내용

 1. 연구의 필요성
   ○ 파킨슨병은 뇌의 흑질에 분포하는 도파민 신경세포가 점차 소실되고, 이로 인해 떨림, 경직, 운동완만 및 자세 불안정성이 특징적으로 나타나는 신경계의 만성 퇴행성 질환임. 파킨슨병으로 인한 운동장애는 주로 흑질의 파괴로 나타나지만, 최근 파킨슨병으로 인한 인지장애는 선조체의 파괴로 인해 나타난다는 연구 보고가 발표되기 시작하였음.
       *도파민성신경세포 : 신경세포의 시냅스에서 도파민을 매개로 신호를 전달하는 신경 세포
   ○ 파킨슨병의 근원적인 치료법은 아직까지 개발되지 않았으며, 증상 완화를 위해 주로 리보도파 등 약물을 사용하여 치료하지만 병의 진행을 억제하지 못하고 여러 부작용이 보고되고 있음.
   ○ 이 연구는 파킨슨병 동물 모델에 인삼을 투여할 때 뇌에서 어떠한 변화가 일어나는가를 단백질 유전 정보학 연구 기법을 통해 알아보고자 하였음.

 2. 연구내용
   ○ 동물에게 파킨슨병을 유발하기 위한 신경독소인 MPTP를 투여한 후, 인삼의 보존성을 증가시키기 위한 가공품인 홍삼을 복용시켰음. 파킨슨병 동물 모델의 발병 여부를 객관적으로 보여주는 폴 테스트(pole test)를 통해 인삼이 파킨슨병 동물 모델에서 운동 기능을 정상에 가깝게 유지시키는 것을 확인하였음.
   ○ 인삼 투여 시 실제로 도파민 신경세포의 파괴가 억제하는가를 확인하기 위하여 면역조직염색화학법을 실시하였음. 그 결과 MPTP 투여시 흑질 및 선조체의 도파민 신경세포가 파괴되나 인삼 투여시 그 파괴가 억제된다는 것을 확인할 수 있었음.
   ○ 이차원전기영동법을 이용하여 선조체 내 단백질의 변화를 관찰한 결과 파킨슨병 유도로 인한 63개 단백질의 감소를 인삼이 회복시키는 것을 확인하였으며, 교토 유전자 및 게놈 사전을 바탕으로 변화가 나타난 단백질을 종류 별로 분석한 결과 이 단백질들은 파킨슨병, 알츠하이머병 등 퇴행성뇌질환과 관련이 있음을 확인하였음.
   ○ 이차원전기영동 결과의 정확성을 검증하기 위하여 변화가 나타난 단백질 중 신경세포 보호 효과와 관련된 단백질인 숙신산탈수효소 복합체 소단위 A 및 MAP인산화효소의 발현을 웨스턴 블로팅*으로 확인한 결과 이 두 단백질의 변화가 이차원전기영동 결과와 비슷하였음. 
       * 웨스턴 블로팅 : 전기 영동 젤 상의 단백질을 전기장을 이용하여 셀룰로오스 막(nitrocellulose)으로 옮긴 후 특정 단백질을 표지된 항체로 검출하는 기법

3. 연구 성과
   ○ 이 연구는 질병의 예방 및 치료에 널리 사용되던 한약재인 인삼의 파킨슨병에 대한 효능 및 작용 원리를 동물실험을 통해 확인함으로써 인삼이 파킨슨병 치료에 도움이 될 가능성을 제시하였음.
   ○ 이 연구를 바탕으로 파킨슨병에 대한 여러 가지 한의학적 치료법을 분석하고 연구한다면 추후 한의학을 이용한 파킨슨병 치료법 개발에 기여할 수 있음.
   ○ 연구 결과 인삼이 파킨슨병뿐만 아니라 알츠하이머병 등 몇몇 퇴행성 뇌질환에도 효과가 있을 가능성이 높기에 이를 연구하고 발전시킨다면 퇴행성 뇌질환 등 난치성 질환의 치료에 도움이 될 수 있음.

연 구 결 과  개 요

 1. 연구배경
   ㅇ 파킨슨병은 뇌 내 흑질과 선조체의 도파민성신경세포가 파괴되어 도파민이 부족해지면서 나타나는 질병으로, 최근 파킨슨병으로 인한 인지장애는 선조체의 파괴로 인해 나타나는다는 연구 보고가 발표되기 시작하였다.
   ㅇ 인삼은 대표적인 한약재 중 하나로, 우리 몸의 기(氣)를 보충해준다고 알려져 있다. 홍삼은 인삼을 찌고 말린 것으로 수삼 및 백삼(건삼)에 비해 보존성 및 흡수력이 좋다고 알려져 있다. 이 연구는 인삼이 파킨슨병에 효과적인가를 확인하기 위하여 파킨슨병 동물 모델에 홍삼을 투여한 후 도파민 신경세포의 파괴 정도를 조사하고, 프로테오믹스 기법을 이용하여 선조체 내 단백질의 변화를 확인하기 위해 수행되었다.

 2. 연구내용
   ㅇ 우선 인삼을 찌고 건조시켜 제조한 홍삼을 파킨슨병 동물모델에 투여하여 인삼이 파킨슨병으로 인한 행동 장애 및 도파민 신경세포의 파괴를 억제하는 것을 확인하였다.
   ㅇ 인삼의 작용기전을 확인하기 위해 이차원전기영동법을 이용하여 선조체 내 단백질의 변화를 관찰한 결과, 파킨슨병 유도로 인한 63개 단백질의 감소를 인삼이 회복시키는 것을 확인하였으며, 유전자 및 게놈의 교토 백과사전 분석을 통하여 이 단백질들은 파킨슨병, 알츠하이머병 등 퇴행성뇌질환과 관련이 있음을 확인하였다.
   ㅇ 웨스턴 블롯팅을 통해 이차원전기영동법의 실험결과가 의미 있는 것임을 한 번 더 검증하였다.

3. 기대효과
   ㅇ 이 연구는 질병의 예방 및 치료에 널리 사용되오던 한약재인 인삼의 파킨슨병에 대한 효능 및 작용 기전을 동물실험을 통해 확인함으로써 향후 한의학을 이용한 파킨슨병 치료법 개발의 가능성을 높였다.
   ㅇ 연구 결과 인삼이 파킨슨병 뿐 만 아니라 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌질환에도 효과가 있을 가능성이 높게 나왔기에, 향후 퇴행성 뇌질환 치료제 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

★ 연구 이야기 ★

□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

인삼은 몸의 기운을 보충해주는 대표적인 한약재 중 하나이다. 따라서 다른 한약재보다 인삼을 연구하여 좋은 결과를 낸다면 국내외 한의약시장의 확대 뿐 만 아니라 국내 인삼 재배 농가의 소득 증대에도 큰 도움이 될 것으로 판단되어 평소에 많은 관심을 가지고 있었다.

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

파킨슨병은 대표적인 퇴행성 뇌질환 중 하나로, 주로 노인들에게서 발병한다. 한의학적으로 노인들은 기운이 부족한 경우가 많으므로 대표적인 보약인 인삼을 투여하면 노인성 질환인 파킨슨병의 증상이 회복될 것으로 예측하여 실험을 진행하였고, 그 효과와 기전을 일부 확인하였으며, 그 내용이 2015년도 Journal of Ginseng Research에 게재되었음. 하지만 인삼에는 다양한 성분이 있으며, 이러한 성분들이 뇌에 어떠한 변화를 주는가를 전반적으로 확인할 필요가 있었음. 이에 이차원전기영동법을 이용하여 파킨슨병 동물 모델에 인삼을 투여했을 때 어떠한 변화를 나타내는가를 연구하여 의미있는 결과를 도출하였다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

이 연구는 동물에서 파킨슨병을 유발할 때 초기에 나타나는 변화를 확인하고자 기획되었는데, 파킨슨병 유발 초기에 생각보다 많은 단백질들이 변화하여 분석하는데 애로사항이 있었다. 하지만 이를 해결할 기법을 찾아 무사히 분석을 진행하였으며, 이 방법으로 인삼이 파킨슨병 뿐 만 아니라 당뇨병, 알츠하이머병 등 대사성질환 및 다른 퇴행성뇌질환에도 효과가 있을 가능성을 확인할 수 있었다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존 연구들은 파킨슨병 동물모델에 대한 효과 및 일부 작용 메커니즘만 보여주었다. 이 연구는 파킨슨병 발병 시 나타나는 선조체의 전반적인 단백질의 변화를 확인하였기에 인삼이 파킨슨병 예방 및 치료에 효과가 있다는 것을 다양한 지표를 통해 확인할 수 있었으며, 추후 파킨슨병에 대한 인삼의 작용 원리 연구를 진행할 수 있는 기반을 마련했다는 의미가 있다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표와 향후 연구계획은?

한의학적 치료법의 효과 및 작용 원리를 현재의 연구 기법을 통해 증명함으로써 한의학 치료법의 우수성을 널리 알리고 싶음. 이를 위해 인삼 뿐 만 아니라 다양한 한약재 및 처방과 침 치료를 연구함으로써 한의학적 파킨슨병 치료법 확립의 기반을 마련하는데 매진할 것이다.   

□ 기타 특별한 에피소드가 있었다면?

세포실험을 진행할 때 정상세포에 인삼을 투여하면 세포가 더욱 잘 성장하는 것을 확인할 수 있었다. 인삼은 대표적인 보약 중 하나이기에, 실제로 보약이 몸의 기능을 활성화시키고 손상된 부위의 세포 분열을 활성화시킴으로써 질병을 낫게 할 수 있다는 생각이 들었고, 아울러 한의학적 지식들을 현대 연구 방법론으로도 충분히 해석할 수 있겠다는 확신을 가지게 되었다.

용 어 설 명

1. PLOS one
  ㅇ 미국 공공과학도서관협회에서 발행하는 저널의 하나로 과학 및 의학의 다양한 분야에 대한 기초적 연구를 다루고 있음.

2. 인삼
  ㅇ 두릅나무과 인삼(Panax ginseng C. A. Meyer)의 뿌리로, 인삼이라는 이름은 모양이 사람과 비슷하여 명명되었다. 인삼은 원기를 보하고 신체허약, 권태, 피로, 식욕부진, 구토, 설사에 쓰이며 폐 기능을 도우며 진액을 생성하고 안신작용 및 신기능을 높여준다. 또한 오래 복용하면 몸이 가벼워지고 오래 살 수 있다고 알려져 왔다.

3. 홍삼
  ㅇ 홍삼은 인삼을 껍질을 벗기지 않은 상태로 장기간 증기로 쪄서 건조시킨 담황갈색 또는 담적갈색을 띠는 인삼이다. 효능은 인삼과 비슷하나 찌는 과정에서 수삼이나 백삼에는 없는 홍삼 특유의 성분이 생성되며 소화 흡수가 잘된다는 장점이 있다.

4. 파킨슨병
  ㅇ 뇌의 흑질(substantia nigra)에 분포하는 도파민 신경세포가 점차 소실되어 발생하며 안정떨림(동작이나 행동을 중단하고 편안한 상태에 있을 때 주로 손가락이나 손목 관절과 같은 말단 관절이 떨림), 경직, 운동완만 및 자세불안정성이 특징적으로 나타나는 신경계의 만성 진행성 퇴행성 질환이다. 파킨슨병 환자는 60세 이상에서 인구의 약 1% 정도로 추정된다.
5. 이차원전기영동법(2-dimensional electrophoresis)
  ㅇ 단백질을 전하량과 질량 차이에 의해 gel 상에서 수천 개의 spot으로 분리하는 장치이다. 분리된 단백질 spot을 분석하여 단백질 발현 정도를 분석할 수 있으며, 이를 통해 신약개발 및 질병치료에 유용하게 사용할 수 있다.

6. KEGG pathway analysis
 ㅇ 교토 유전자 및 게놈 데이터베이스는 1995년 일본에서 만들어진 생화학 경로 관련 데이터베이스이다. 교토 유전자 및 게놈의 데이터베이스 분석은 변화한 유전자 및 단백질들이 어떠한 경로에 관여하는가를 분석하는 방법이다.

7. MPTP(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrapyridine)
  ㅇ MPTP는 도파민 신경세포를 선택적으로 파괴한다고 알려진 물질로 동물 실험에서 파킨슨병을 유도할 때 널리 사용된다.

그 림 설 명

    (그림 1) 2차원전기영동법
    좌측의 그림들은 선조체의 단백질을 2차원적전기영동법을 실시하여 분리한 결과이며, 우측은 발현된 단백질의 관련성을 분석한 결과로 파킨슨병 동물 모델에 인삼을 투여하면 선조체의 단백질 구성이 정상 동물에 가까움을 보여준다.
              
       

    (그림 2) 이차원전기영동법으로 분석한 단백질의 변화
    상기 단백질들은 MPTP를 투여하여 파킨슨병을 유도했을 때 발현이 감소하였으나 인삼 투여 시 단백질의 발현이 정상에 가깝게 증가하였다. 그림은 선조체에서 단백질 발현의 차이를 통계적으로 유의한 결과를 나타낸 30개의 spots 들을 그래프로 나타낸 결과이다.
    (흰색: Saline group (정상 그룹), 검정: MPTP group (파킨슨병 유도한 그룹), 회색: MPTP + KRG group (파킨슨병 유도한 그룹에 홍삼을 투여한 그룹))