저산소 환경에서 적혈구가 혈당을 낮춘다…당뇨병 새 치료법 가능성

당뇨병은 산소 농도가 낮은 고지대 거주자에서 해수면 거주자보다 덜 흔한데, 그 이유를 밝혀낸 연구진은 이 원인이 새로운 치료법으로 이어질 수 있다고 말한다. 연구진은 목요일 Cell Metabolism에 발표한 논문에서, 높은 산과 같은 저산소 환경에서는 적혈구가 대사를 전환해 혈류에서 당을 흡수함으로써 ‘포도당 스펀지(glucose sponges)’처럼 작동할 수 있다고 보고했다.

보고서에 따르면, 고지대에서는 더 많은 포도당을 운반할 수 있는 능력이 적혈구에 추가 에너지를 제공해 전신에 산소를 더 효율적으로 전달하도록 돕는다. 또한 그 과정에서 혈당을 낮추는 유익한 부수 효과도 나타난다.

이전 실험에서 연구진은 저산소 공기를 마시는 생쥐의 혈당이 정상보다 극적으로 낮다는 사실을 확인했다. 이는 동물이 식후 포도당을 빠르게 소모한다는 뜻이며, 결과적으로 당뇨병 위험이 더 낮아진다. 연구 저자인 샌프란시스코 Gladstone Institutes의 Yolanda Martí-Mateos는 성명에서 “(이 생쥐들에게) 당을 주면 혈류에서 거의 즉시 사라졌다”고 말했다.

“근육, 뇌, 간…을 살펴봤지만, 이들 장기에서는 무슨 일이 일어나는지 설명할 만한 것을 찾지 못했습니다.”

결국 그녀의 연구팀은 적혈구가 ‘포도당 싱크(glucose sink)’—혈류에서 많은 포도당을 끌어들여 사용하는 모든 것을 가리키는 용어—라는 사실을 밝혀냈다. 저산소 환경에서는 생쥐가 적혈구를 유의하게 더 많이 생성했을 뿐 아니라, 각 적혈구가 정상 산소 농도에서 만들어진 적혈구보다 더 많은 포도당을 흡수했다.

이후 연구진은 저산소 공기의 효과를 모방하도록 개발한 HypoxyStat라는 약물을 시험했다. 이 약물은 적혈구의 헤모글로빈이 산소를 더 단단히 붙잡도록 해 산소가 조직에 도달하지 못하게 만든다. 연구진은 이 약물이 당뇨병 생쥐에서 높은 혈당을 완전히 되돌렸으며, 기존 약물보다도 더 잘 작동했다고 밝혔다.

공동저자인 Gladstone Institutes의 Isha Jain은 성명에서 이번 발견이 “적혈구를 포도당 싱크로 동원함으로써, 근본적으로 다른 방식의 당뇨병 치료를 생각할 수 있는 문을 연다”고 말했다.

운동을 통해 지구력을 향상시키는 데에는 열심히 일하는 근육세포뿐 아니라 뇌세포의 활동도 필요하다는 사실을, 기존 통념에 도전하는 생쥐 연구가 새롭게 보여준다. 연구진에 따르면, 뉴런(neurons)이라 불리는 특정 뇌세포의 활동이 없으면 생쥐는 러닝머신에서 아무리 전력 질주해도 지구력 향상을 보이지 못한다.

그러나 연구진이 운동 후 인위적으로 뉴런을 활성화했을 때 동물들은 평소보다 더 큰 지구력 향상을 얻었다고, Neuron에 실린 보고서는 전했다. 메인주 바하버 The Jackson Laboratory의 연구책임자 Erik Bloss는 성명에서 “근육 재형성(muscle remodeling)에 이러한 뇌 뉴런의 출력이 필요하다는 생각은 꽤 큰 놀라움”이라며, 운동의 이점이 오로지 근육에서만 온다는 “기존의 생각에 정말로 도전한다”고 말했다.

연구진은 달리기 중과 이후의 생쥐 뇌 활동을 추적한 결과, 시상하부(hypothalamus)에서 steroidogenic factor-1라는 단백질을 발현하는 특정 뉴런 집단이 생쥐가 달리기를 마친 뒤 약 1시간 동안 활성화된다는 사실을 발견했다. 생쥐가 수주에 걸쳐 훈련하면서 매 운동 후 활성화되는 SF1 뉴런이 점점 더 늘어났고, SF1 뉴런 간 연결도 더 강해지고 더 많아졌다고 연구진은 보고했다.

또한 운동한 동물은 운동하지 않은 동물에 비해 이 뉴런들 사이의 연결이 약 2배 많았다고 연구진은 밝혔다. SF1 뉴런을 각 훈련 세션 후 15분 동안 ‘꺼두었을’ 때, 생쥐는 지구력이 더 이상 향상되지 않았고 자발적 달리기 시험에서도 성적이 나빠지기 시작했다.

Bloss는 “정상적인 생쥐에게 러닝휠을 주면 한 번에 수 킬로미터씩 달린다”고 말했다. “그런데 우리가 이 뉴런들을 침묵시키면, 사실상 전혀 달리지 못한다. 잠깐 올라타긴 하지만 지속하지 못한다.”

연구진이 러닝머신 세션 후 1시간 동안 SF1 뉴런을 자극하자, 생쥐는 지구력 향상이 강화됐고 더 높은 최고 속도에 도달했다. Bloss는 “이 회로를 활용해 중등도 운동의 효과를 증폭시킬 수 있는 매우 현실적인 가능성이 있다”고 말했다. “뇌에서 운동과 유사한 패턴을 모방하거나 강화할 수 있다면, 고강도 신체 활동을 하기 어렵지만 운동의 뇌·신체 보호 효과는 여전히 누릴 수 있는 고령자나 이동에 제한이 있는 사람들에게 특히 가치가 있을 수 있다.”