고지대에서 포도당 스펀지로 작용하는 적혈구, 당뇨병 위험 낮춰

과학자들은 저산소 상태에서 적혈구가 포도당 스펀지 역할을 한다는 사실을 발견하여, 고지대에 사는 사람들이 평지에 사는 사람들보다 당뇨병 발병률이 낮은 이유를 설명했습니다. 2026년 의학 저널 Cell Metabolism에 게재된 이 연구 결과는 그동안 제대로 알려지지 않았던 포도당 대사 메커니즘을 밝혀냈습니다.

샌프란시스코 소재 글래드스톤 연구소(Gladstone Institutes)의 연구진은 적혈구가 어떻게 혈류에서 당을 흡수하도록 스스로의 대사를 변화시킬 수 있는지 보여주었습니다. 고지대에서 이러한 적혈구의 적응은 전신 조직에 산소를 더 효율적으로 전달하는 능력을 촉진하지만, 뜻밖에도 혈당 수치를 낮추는 유익한 부수적 효과도 함께 가져옵니다.

해당 논문의 수석 저자이자 캘리포니아 대학교 샌프란시스코(UC San Francisco) 생화학 교수, 글래드스톤 연구원인 이샤 자인(Isha Jain)은 "적혈구는 지금까지 제대로 평가받지 못했던 포도당 대사의 숨겨진 부분(hidden compartment)을 보여줍니다"라고 말하며, "이러한 발견은 혈당 조절에 대해 생각하는 완전히 새로운 방식을 열어줄 수 있습니다"라고 덧붙였습니다.

이번 연구는 고지대에서 당뇨병 발병률이 감소한다는 과거의 확립된 관찰을 바탕으로 이루어졌습니다. 미국 내 성인 28만 5,000명 이상을 대상으로 한 이전 연구에서는 식단, 연령 및 인종 등의 요인을 조정한 후에도 고지대(1,500~3,500m)에 거주하는 사람들이 해수면 높이(sea level)에 사는 사람들보다 당뇨병에 걸릴 확률이 유의미하게 낮다는 사실을 발견했습니다. 1920년대에서 1940년대 사이 하버드 피로 연구소(Harvard Fatigue Laboratory)는 고도 6,000m에 달하는 칠레 안데스 산맥으로 이동한 건강한 자원봉사자들에게서 당내성이 개선되는 것을 관찰하기도 했습니다.

과거 실험 당시 연구원들은 저산소 공기로 호흡하는 쥐들의 혈당 수치가 평소보다 눈에 띄게 낮아지는 것을 발견했습니다. 저산소 상태인 쥐에게 당분을 주입하면 혈류에서 거의 즉시 사라졌습니다. 자인 교수 실험실의 박사후연구원이자 이 연구의 제1 저자인 욜란다 마르티 마테오스(Yolanda Martí-Mateos)는 "우리는 근육, 뇌, 간 등 모든 의심 가능한 장기들을 살펴봤지만 이들 기관 내에서 무슨 일이 일어나고 있는지 설명할 수 있는 것은 아무것도 없었습니다"라고 말했습니다.

연구팀은 PET/CT 영상을 사용해 '포도당 흡수원(glucose sink)' 퍼즐에서 빠져 있던 퍼즐 조각이 바로 적혈구임을 밝혀냈습니다. 저산소 상태에서 쥐는 활발하게 더 많은 적혈구를 생산했을 뿐만 아니라, 세포 하나하나 역시 정상 산소 환경에서 생성된 적혈구에 비해 더 많은 양의 포도당을 흡수했습니다. 적혈구(RBC) 수치의 조절은 다이렉트로 혈당의 변화와 연결되었고 이에 따라 연구진은 저산소 유발성 적혈구(hypoxia-induced RBCs)가 일차적인 포도당 흡수원임을 확인하게 되었습니다.

연구진은 저산소 상태에서 포도당이 어떻게 적혈구에 의해 활용되어 조직으로의 산소 방출을 돕는 분자를 생성하는지 보여주었습니다. 이는 산소가 희박할 때 과도하게 필요한 과정입니다. 콜로라도 대학교 안슈츠 메디컬 캠퍼스(University of Colorado Anschutz Medical Campus)의 안젤로 달레산드로(Angelo D'Alessandro)는 "저를 가장 놀라게 한 점은 그 효과의 크기였습니다."라고 언급했습니다. "적혈구는 보통 단순한 수동적 산소 운반체로 여겨집니다. 그러나 우리는 적혈구가, 특히 저산소 환경에서 전신 포도당 소비의 상당 부분을 차지할 수 있다는 것을 발견했습니다."

과학자들은 쥐를 다시 정상 산소 환경으로 되돌린 이후에도 만성 저산소증의 이점이 수 주에서 수 개월 동안 유지되는 사실을 입증해 보였습니다. 저산소증만으로도 당내성을 강력하게 개선시켰으며 그 효과는 쥐들이 정상 산소 수치로 돌아간 뒤에도 몇 주 동안이나 지속되었습니다.

연구원들은 최근 저산소 혼합 공기 상태의 효과를 모방하도록 개발된 약물 HypoxyStat을 테스트했습니다. HypoxyStat은 적혈구 속 헤모글로빈이 산소 분자와 더욱 단단히 결합하도록 만들어 조직에 산소가 도달하는 것을 유지(차단 및 제어)하게 작용하는 알약입니다. 해당 알약은 당뇨병 마우스 모델에서 발현된 고혈당을 완벽하게 역전시켜 현존하는 치료 약제들보다 한결 뛰어난 효과를 발휘했습니다. 더해 이 치료법은 당뇨병 쥐의 고지방 식단으로 인해 초래된 고혈당증(hyperglycaemia)을 완벽히 없앴습니다.

자인 교수는 "이것은 미토콘드리아 질환 외의 특정 목적으로 HypoxyStat을 사용한 최초의 사례 중 하나입니다"라면서, "단순히 당 흡수원으로서 적혈구를 동원하는 접근 방식으로 당뇨병 치료 방향을 근본적으로 달리 생각할 길을 열어줍니다"라고 강조했습니다.

다만 연구진들은 이번 연구 과정이 지닐 수 있는 다음과 같은 한계를 시인했습니다. 오직 젊은 수컷 쥐만을 대상으로 실험이 이루어져 연구 결과를 보편적으로 일반화시키기에는 제약이 따릅니다. 적혈구가 체내에서 만들어지는 방식에 나이와 성별이 유의미하게 많은 관여도를 지니는 까닭에 성인 여성과 고령층 집단에 대해서도 연구의 발견이 그대로 도출될 수 있는지 향후 적절히 검토되어 추가적인 후속 연구들이 뒤따라야만 합니다. 또한 본 실험 조사 과정은 당에 민감하게 반응한다고 익히 잘 알려져 있는 특정 단일 마우스 종 한 쪽으로만 엄격하게 치우쳐 시행되었다는 점을 잊어서는 안 됩니다.

아울러 연구원들은 포도당 수송체(glucose transporters)의 상향 조절(upregulation)이 저산소 유발성 적혈구(hypoxia-induced RBCs)에서 특이적으로 나타나는 메커니즘을 목격하긴 하였으나, 이 발생의 원인이 되는 세부 분자 기전에 대해서는 발견해 내지 못했습니다.

현재 이러한 생물학적 메커니즘의 발견은 젊은 연령대 인구층에서 외상이 이끄는 가장 주요한 사망 요인으로 자리 잡음과 더불어 적혈구 수치 변화 및 대사 활동 등의 변화 양상이 환자의 근육 기능 및 체내 가용 포도당 가능 폭 범위에 크게 미칠 수가 있는 생리대사 분야나 외상 후의 부상에 기인하는 병리학적 저산소증 같은 광범위하고 폭넓은 분야에 이르는 당뇨병 외 수많은 질환들에까지 접목해 볼 여지를 남깁니다.

자인 교수는 이와 같은 성과를 두고 "이제 막 첫걸음을 뗐을 뿐입니다."라면서, "우리 몸 전체가 변화하는 산소의 비율도에 어떻게 적응해 나가는지, 이러한 메커니즘들을 다양한 건강 질환 조건을 치료하는 데 어떻게 적극적으로 활용할 기회를 더 열어갈 수 있는지 밝혀내야 할 점이 아직 수없이 무궁무진합니다."라는 강한 기대감을 밝혔습니다.