관절 통증과 염증 치료에 쓰여온 한약재 방풍(防風)이 부러지거나 손상된 뼈 재생을 촉진하는 효과가 있는 것으로 확인됐다. 골절 회복은 물론 골다공증처럼 뼈가 약해져 골절 위험을 높이는 질환에서의 활용 가능성도 제시됐다. 자생한방병원 척추관절연구소(소장 하인혁) 김현성 박사 연구팀은 방풍 추출물이 뼈 재생에 미치는 영향을 분석한 연구 결과를 SCI(E)급 국제학술지 ‘첨단 생물학(Advanced Biology, IF=3.2)’에 게재했다고 28일 밝혔다. 방풍은 미나리과 식물로, 방풍나물과 혼동되기도 하지만 전혀 다른 식물이다. 예로부터 관절 통증과 염증을 다스리는 한약재로 쓰여왔다. 허리디스크 등 각종 근골격계 질환에 대표적으로 처방되는 ‘신바로’의 구성 약재 (방풍·우슬·오가피·구척·대두황권·두충) 중 하나이기도 하다. 건강한 뼈는 평생 기존의 뼈를 제거하고 새로운 뼈를 만드는 골 형성 과정을 반복하여 균형을 유지한다. 오래된 뼈를 없애는 세포(파골세포)가 뼈를 분해하면 새로운 뼈를 만드는 세포(조골세포)가 빈자리를 채운다. 특히 골절이 발생하면 이 과정이 더 활발해진다. 반면 노화나 폐경에 따른 호르몬 변화 등으로 파골세포에 의한 골흡수가 조골세포에 의한 골형성을 지속적으로 초과하면, 골다공증으로 이어져 골절 위험도 증가한다. 또한 골절 회복도 늦어지고 뼈가 아문 뒤에도 강도가 충분하지 않아 재골절 위험이 높아질 수 있다. 현재 골다공증 치료에는 파골세포에 의한 골흡수를 억제하는 약물인 ‘비스포스포네이트’와 골 형성을 촉진하는 ‘부갑상선호르몬제제’ 등이 사용된다. 그러나 이 약물들은 위장장애를 일으킬 수 있고, 장기 사용에 대한 안전성 문제가 그간 꾸준히 제기돼왔다. 이에 부작용 부담이 적으면서 뼈 재생을 도울 수 있는 치료 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이와 관련해 연구팀은 기존 근골격계 치료에 활용돼 온 한약재 가운데 뼈 생성과 회복 과정에도 영향을 미칠 가능성에 주목했다. 특히 신바로의 주요 구성 약재인 방풍을 대상으로 뼈 재생 과정에서의 역할과 효과, 작용 기전을 면밀히 분석했다. 연구팀은 먼저 세포실험을 진행해 실험쥐의 두개골에서 분리한 조골세포에 방풍 추출물을 농도별로 처리했다. 이후 세포가 얼마나 잘 자라고 뼈를 만드는지 살폈다. 그 결과 방풍 추출물은 조골세포에 독성을 나타내지 않으면서 분화를 촉진했다. 또한 뼈 형성이 시작될 때 분비량이 증가하는 효소인 알칼리성 인산분해효소(ALP)의 활성이 높아졌고, 뼈가 단단해지는 단계인 칼슘 침착도 함께 늘어난 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 조골세포 분화를 조절하는 유전자(RUNX2)와 뼈의 기본 구조를 이루는 골기질 구성 유전자(Col1a1)의 발현이 모두 증가했다. 동물실험에서도 방풍의 뼈 재생 효과가 확인됐다. 실험쥐의 대퇴골에 작은 구멍을 만든 뒤 방풍 추출물을 용량별로 1주일간 투여했다. 이후 뼈 내부를 정밀하게 촬영하는 장비(micro-CT)를 이용해 손상 부위의 회복 정도를 살폈다. 그 결과, 방풍 추출물이 많이 투여될수록 새로 형성된 뼈의 양(골부피)과 뼈의 촘촘한 정도(골밀도)가 증가했다. 특히 파골세포의 활동 정도를 보여주는 ‘TRAP 양성세포’는 뚜렷하게 줄어든 반면 골형성 지표인 ‘오스테오칼신(OCN)’의 발현은 증가한 것으로 나타났다. 연구팀은 방풍의 효능을 구체적으로 살펴보기 위해 컴퓨터를 이용한 분자결합 시뮬레이션도 진행했다. 방풍의 주요 성분이 파골세포와 조골세포의 활동에 관여하는 단백질과 얼마나 안정적으로 결합하는지를 분석했다. 분석 대상은 파골세포의 생성과 활동에 관여하는 수용체 단백질(RANK)과 조골세포 형성과 활동에 관여하는 단백질(RUNX2)이다. 분석 결과, 방풍의 주요 성분인 ‘프림-오-글루코실시미퓨긴(prim-O-glucosylcimifugin)’ 등이 RANK와 RUNX2 모두에 안정적으로 결합할 가능성이 있는 것으로 예측됐다. 이는 방풍이 골흡수와 골형성에 관여하는 분자 표적과 상호작용할 가능성을 보여주는 결과다. 앞선 세포 및 동물실험에서 확인된 골재생 효과의 잠재적 작용 기전을 뒷받침한다. 특히 골다공증은 뼈를 만드는 속도보다 뼈가 사라지는 속도가 빨라지면서 발생하는 만큼, 방풍의 이러한 이중 작용은 골다공증 치료 소재로서의 활용 가능성도 시사한다. 자생한방병원 척추관절연구소 김현성 박사는 “이번 연구는 그동안 항염증·면역조절 효능으로만 알려져 있던 한약재 방풍이 골형성과 골흡수를 동시에 조절해 골절 치유에도 기여할 수 있다는 사실을 처음으로 확인했다는 데 의의가 있다”며 “향후 장기 관찰 연구를 통해 방풍과 이를 포함한 한약 처방의 골절 치료 근거를 더욱 구체화해 나가겠다”고 말했다.

골반 ‘장골’ 엉덩이 근육 고정 역할구조·유전적 두 번의 중요한 진화 배아 장골 형성도 유인원과 달라‘효율적 보행’ 골반 사이 균형 필요800만~500만 년 전 변화 시작된 듯 영장류인 인류와 유인원을 구분하는 가장 중요한 기준은 직립 이족보행 여부다. 인류는 똑바로 서서 두 발로 걸을 수 있게 되면서 이동할 때 에너지 효율이 높아져 장거리 이동이 쉬워졌다. 덕분에 아프리카에서 벗어나 전 세계로 영역을 넓힐 수 있었다. 또 손을 자유롭게 사용할 수 있어 도구를 제작해 사용하고 다양한 방식의 의사소통이 가능해졌다. 인간 진화에서 이족보행이 갖는 의미에 대해서는 다양한 설명이 있지만, 어떻게 이족보행이 가능해졌는지는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 미국, 독일, 영국, 아일랜드 4개국 공동 연구팀은 골반의 가장 윗부분인 장골이 진화 과정에서 두 번의 구조적·유전적 변화를 겪으면서 인간이 두 발로 걸을 수 있게 됐다고 밝혔다. 이 연구에는 미국 하버드대, 하버드대 의대, 스탠퍼드대, 플로리다대, 존스홉킨스대 의대, 매사추세츠 종합병원, 오하이오대 정골의학대, 시애틀 워싱턴대 의대, 보스턴 아동병원, 하버드 줄기세포 연구소, MIT-하버드 브로드 연구소, 독일 베를린 자연사 박물관, 영국 그레이트 오먼드 스트리트 병원, 런던대(UCL) 아동보건 연구소, 아일랜드 더블린대(UCD) 의학자와 생물학자가 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 8월 28일 자에 게재됐다. 골반은 인간이 직립 이족보행을 할 수 있게 돕는 핵심 요소다. 특히 골반의 장골은 인간이 직립할 때 사용하는 중요한 엉덩이 근육을 고정하는 부위로, 인간과 유인원 사이에서 큰 차이를 보인다. 그러나 인간 특유의 장골 모양을 형성하게 한 메커니즘은 명확히 알려지지 않았다. 연구팀은 인간과 다른 영장류 종의 배아 조직 표본 128개를 분석하고 워싱턴대 선천성 기형 연구실이 보유한 인간 배아 조직도 분석했다. 또 자연사박물관에 있는 고인류와 기타 영장류 화석의 뼈를 컴퓨터단층촬영(CT)으로 스캔하고, 골반 조직의 미세 구조를 조사했다. 분석 결과 인간 골반은 두 번의 중요한 진화가 있었다. 우선 골반의 연골 성장판이 90도 회전해 장골이 상하로 길어지는 대신 폭이 넓어지도록 진화됐다. 배아 상태에서 인간의 장골 성장판은 다른 영장류와 마찬가지로 머리-꼬리 방향으로 성장하지만, 배아에서 척추가 형성된 지 53일이 되면 원래 축에서 직각으로 급격히 전환해 엉덩이뼈가 짧고 넓게 자라게 한다. 진화의 또 한 가지 포인트는 배아 장골 형성 시간표가 다른 유인원과 다르다는 점이다. 대부분의 뼈는 뼈 중심에서 수직 방향으로 골화(뼈의 성장)가 진행된다. 그렇지만 인간 장골의 골화는 엉덩이뼈 뒤쪽 중심에 있는 천골에서 시작해 방사형으로 성장한다. 배아 단계에서 10주가 되면 골반이 형성되는데, 다른 유인원과 달리 내부 골화는 16주 동안 지연되면서 그릇 모양의 골반이 형성된다. 연구팀은 개별 세포 내 유전체, 전사체, 단백체, 후성 유전체 등 여러 분자 정보를 동시에 측정하고 분석하는 단일세포 멀티 오믹스와 공간 전사체학 기술을 활용해 이런 진화를 이끈 분자적 메커니즘을 분석했다. 그 결과 SOX9, 성장판 전환 조절 PTH1R, 골화 변화 조절 RUNX2 유전자가 넓은 형태의 골반을 형성하는 핵심 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 인류의 조상이 아프리카 유인원에게서 갈라져 나올 무렵인 약 800만 년에서 500만 년 전에 이런 변화가 시작됐을 것이라고 추정했다. 골반은 인간이 유인원과 분리돼 진화되면서 가장 중요한 부분이었다. 인간의 뇌는 다른 유인원보다 크고 점점 커지는 방향으로 변하면서 골반은 ‘산과적 딜레마’로 알려진 또 다른 진화 압력을 받았다. 산과적 딜레마는 효율적 보행을 위한 좁은 골반과 큰 뇌를 가진 아이의 출산을 쉽게 하는 넓은 골반 사이의 균형을 의미한다. 산과적 딜레마를 해결하기 위한 진화는 약 200만 년 동안 일어났을 것이라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 테런스 카펠리니 하버드대 교수는 “인간이 다른 유인원과 다른 특징을 보이는 직립 이족보행이 가능한 것은 연골 위 골세포가 놓이는 방식에 시간적, 공간적 차이를 보이도록 진화한 덕분”이라고 말했다.

유전자를 조합해 수려한 외모는 물론 뛰어난 지능을 가진 아기를 탄생시키는 SF영화 '가타카'가 현실이 될 날이 머지 않은 것 같다. 최근 영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 연구팀은 인간의 코 모양과 크기, 턱 돌출을 결정하는 특정 유전자들을 찾았다는 연구결과를 네이처의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 발표했다. 　 그간 세계 각국 학자들은 인간의 외모를 결정하는 유전자의 비밀을 연구해왔다. 그중 코의 경우 미(美)의 추구보다는 인류 진화론적 관점에서 중요한 연구대상이 됐다. 잘 알려진대로 코는 숨을 쉬는데 도움을 주는 기관으로 습도와 온도를 통제하는 역할을 한다. 이때문에 전문가들은 인류가 사는 환경에 따라 코의 모양도 다르게 진화했을 것으로 추정해왔다. 예를 들어 유럽인들의 경우 전형적으로 길고 좁은 코를 가지고 있는데 이는 춥고 건조한 기후 탓에 이렇게 진화했다는 해석이다. 이번 UCL 연구팀은 각각 유럽(50%), 토종(45%), 아프리카(5%)계 조상을 가진 6000명의 혼혈 남미인들의 게놈을 분석했다. 그 결과 연구팀은 코의 모양과 형태를 결정하는 특정 유전자 DCHS2, RUNX2, GLI3, PAX1 등 4개를 찾아냈으며 또한 턱 돌출과 관련된 유전자 EDAR도 확인했다. 연구를 이끈 카우스트브 에디카리 교수는 "코의 모양과 형태를 결정하는 특정 유전자를 처음으로 찾아냈다는 점에서 의미가 있다"면서 "인간 얼굴이 어떻게 진화해왔는지 이해하는데 단초가 된다"고 설명했다. 이어 "향후 법의학적인 기술이나 얼굴 기형과 관련된 유전적 결함을 연구하는데 있어 큰 도움을 줄 것"이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

왜 젖꼭지는 앞가슴에 달려 있고 어깨뼈는 등 쪽에 붙어 있는가. 뉴질랜드 과학자들이 태아 발달과정에서 몸의 앞과 뒤 구성에 명령을 내리는 유전자 스위치를 찾아냈다고 뉴질랜드 언론들이 7일 전했다. 언론들은 오클랜드 의과대학 연구팀이 그 동안 뼈의 발달을 통제하는 주 조정자로 널리 알려진 RUNX2 유전자가 신체의 앞부분과 등 쪽에 각각 무엇이 달릴 지를 결정하는데 중심적인 역할을 한다는 사실을 발견해냈다고 설명했다. 연구팀의 마리아 플로레스 박사는 크론씨병과 같은 질병에 중요한 역할을 하는 유전자를 찾아내기 위해 인간의 유전자 경로와 비슷한 열대 관상어 ‘제브라피시’의 장 면역체계 발달과정에 개입하는 유전자들을 연구하다가 우연히 그 같은 사실을 발견하게 됐다고 밝혔다. 그는 RUNX 유전자를 연구하다가 이 유전자 스위치가 신체의 앞뒤축을 구성하는데 개입한다는 사실을 발견하게 된 것이라고 설명했다. 연구팀의 분자의학 전문가 필 크로지어 교수는 이번에 발견한 이 유전자의 역할은 이전에는 전혀 생각지 못했던 것이라고 밝혔다. 그는 “난자가 수정되면 태아가 자라기 시작한다”면서 “그 때 앞뒤축이 수정란에서 유전적으로 결정돼 이 축이 태아에 머리는 어디에 붙고, 오른쪽과 왼쪽, 그리고 앞뒤 쪽에는 각각 무엇이 달리게 될지를 알려주게 된다”고 말했다. 그는 그 중에서도 RUNX2가 태아의 앞뒤 쪽에 무엇이 달릴지를 말해주는 중심적인 역할을 한다는 사실이 이번에 처음으로 밝혀지게 된 것이라고 강조했다. 연합뉴스@import'http://intranet.sharptravel.co.kr/INTRANET_COM/worldcup.css';