RNA 기반 치료, 심장 재생 촉진 및 심혈관 질환 예측에 가능성 보여

연구진이 팔에 1회 주사하는 방식으로 손상 후 심장이 스스로를 회복하는 능력을 강화하는 RNA 치료법을 개발했다고 3월 5일자 Science에 발표된 연구가 보고한다. 실험실 실험에서 이 치료는 소동물과 대동물 모델에서 흉터 형성을 유의하게 줄이고 심장 기능을 개선했다.

컬럼비아 공대(Columbia Engineering)의 Alan L. Kaganov 생의공학 석좌교수는 "심장은 재생 능력이 가장 낮은 기관 중 하나"라며 "자발적 재생 능력은 매우, 매우 제한적이다"라고 말했다.

이 치료는 Nppa를 암호화하는 RNA-지질 나노입자(RNA-lipid nanoparticles)를 사용해 허벅지나 팔의 근육 세포가 pro-ANP라는 분자를 만들도록 유도한다. 이 분자는 혈류를 통해 순환하다가 심장에 도달하면 Corin이라는 특정 효소에 의해 심방 나트륨이뇨 펩타이드(atrial natriuretic peptide, ANP)로 전환된다. Corin은 다른 장기보다 심장에 약 60배 더 흔하다.

생후 첫 며칠 동안 많은 포유류는 심근세포를 재생하는 단기간의 능력을 가진다. ANP는 새로운 혈관의 성장을 촉진하고 염증을 진정시키며 흉터 형성을 줄이는 데 핵심적 역할을 한다. 나이가 들수록 체내 ANP의 양은 크게 감소하고, 신생아 심장에서 관찰되는 재생 능력은 성인기에 이르면 대부분 사라진다.

연구팀은 심근경색 후 신생아 마우스와 성체 마우스를 비교한 실험에서 이러한 효과를 관찰했다. 신생아 심장에서는 ANP의 전구체를 만드는 유전자가 정상 수준보다 25배 이상 증가했다. 성체 심장에서는 약 10배 상승하는 데 그쳤는데, 이는 의미 있는 재생을 뒷받침하기에 충분하지 않을 수 있다. 연구팀이 신생아 마우스에서 Nppa로 불리는 해당 유전자를 실험적으로 차단하자, 심장은 치유 능력의 상당 부분을 잃었다.

연구자들은 수십 년 전부터 ANP의 잠재력을 이해해 왔지만, 체내에서 몇 분 만에 분해되기 시작하기 때문에 기존 약물로 활용하기는 어렵다. 충분히 오래 생산을 유지해 도움을 주기 위해 연구팀은 세포 내에서 스스로 복제되는 특수 설계 자가증폭 RNA(self-amplifying RNA, saRNA)를 사용했다.

Columbia University Irving Medical Center/NewYork-Presbyterian Hospital의 진료 의사이자 컬럼비아 Vagelos College of Physicians and Surgeons 내과 조교수는 심장의 치유를 돕는 주사 치료가 흥미로운 진전이라고 본다. 그는 "심근경색으로 오는 환자들에게 스텐트로 혈관을 개통하는 임상의로서, 환자들에게 충족되지 않은 필요가 크다는 점을 절실히 인식하고 있다. 너무 자주 환자들은 이후 심부전으로 이어지는 심각한 심장 손상을 남긴다"라고 말했다.

RNA 기술 기반 치료는 장기 이식이나 줄기세포 치료와 같은 기존 중재보다 비용이 낮고 접근성이 높을 가능성이 있다.

별도의 연구에서, Science Tokyo 연구진은 혈류의 세포외 소포(extracellular vesicles)에 실린 작은 RNA 분자가 만성 신장질환(chronic kidney disease, CKD)에서 신장 기능 저하와 심혈관 위험을 정확히 예측할 수 있다고 보고했다. 이 연구는 2025년 12월 10일 온라인으로 공개됐고, 2026년 1월 06일 Journal of the American Heart Association 제15권 1호에 게재됐다.

만성 신장질환은 전 세계적으로 8억 5,000만 명 이상에 영향을 미친다. 이 질환은 신장 기능을 점진적으로 저하시키는 것으로 널리 알려져 있지만, 많은 환자들은 투석이나 이식이 필요해지기 훨씬 전에 심혈관 합병증으로 조기에 사망한다.

현재 CKD를 모니터링하는 도구는 소변 내 단백질 농도(단백뇨, proteinuria) 또는 사구체 여과율과 같은 바이오마커에 크게 의존해 신장 기능을 평가하는데, 이들에는 뚜렷한 한계가 있다. 이러한 측정은 기존 신장 손상을 반영하지만, 신장 기능 장애가 심장과 같은 다른 장기 손상으로 연결되는 미세한 분자 변화를 포착하지 못한다.

연구팀은 순환 세포외 소포(circulating extracellular vesicles, cEVs)에서 발견되는 microRNAs(miRNAs)에 주목했다. cEVs는 세포가 자연적으로 방출하는 나노 스케일의 막 결합 소포다. 한때 세포 잔해로 여겨졌으나, 현재는 원거리 장기 간 의사소통을 가능하게 하는 생물학적으로 활성인 분자의 운반체로 인식된다. 이 소포는 분자 화물을 분해로부터 보호하기 때문에, 전신에서 일어나는 질병 과정에 대한 안정적인 정보원을 제공한다.

초기 36명 환자 코호트에서 연구진은 진행된 CKD에서 cEVs 내 농도가 유의하게 감소한 miRNA 23개를 확인했다. 이들 miRNA의 다수는 혈관 재형성, 염증, 대사 변화, 세포 노화에 관여하는 경로를 조절하는데, 이러한 과정은 신장 손상과 심혈관 위험 모두를 유발할 수 있다.

통계 모델링과 머신러닝을 사용해 연구팀은 신장 기능 저하를 가장 강하게 예측하는 핵심 miRNA 3개로 결과를 좁혔고, CKD 환자 234명 코호트에서 이를 검증했다. 연구진은 이 새로운 바이오마커를 cystatin C와 소변 단백질/크레아티닌 비율 측정치와 결합해 통합 위험 모델을 개발했으며, 이를 'M3V2 equation'이라 명명했다.

수년에 걸친 장기 추적 관찰에서 새 모델은 신장 기능 저하와 주요 심혈관 사건 모두를 예측하는 데 있어 기존 임상 지표 및 현행 위험 분류 도구보다 유의하게 우수했다. 흥미롭게도 CKD의 기저 원인이나 심혈관 질환의 동반 여부와 무관하게 효과적이었다.

또한 가역적 RNA 편집 기전이 심장질환 생물학에 영향을 미치면서 바이오마커와 차세대 심혈관 치료의 새로운 길을 열 수 있다는 연구도 부상하고 있다. Communications Biology에 최근 게재된 미니 리뷰에서 연구진은 전사 후 RNA 수식(post-transcriptional RNA modifications)의 조절 이상과 심혈관 질환(cardiovascular disease, CVD) 위험 간 잠재적 연관성을 탐색하는, 아직 발전 중인 근거를 요약했다.

전사 후 RNA 수식, 특히 아데노신-이노신(adenosine-to-inosine, A-to-I) 편집은 기저 DNA 서열을 바꾸지 않고 RNA의 구조와 기능을 변화시키는 핵심 조절 기전이다. 리뷰 결과는 RNA 편집이 단지 세포 활동의 부산물이 아니라 정상 발달과 심혈관 항상성에 필수적인 것으로 보인다고 시사하며, 관상동맥질환(coronary artery disease, CAD), 죽상동맥경화증, 고혈압, 심부전(heart failure, HF) 등 여러 CVD에서 편집 이상과의 연관성이 새롭게 보고되고 있음을 언급한다. 다만 이는 확정적 인과관계라기보다 emerging association에 가깝다.

가장 흔한 RNA 편집 형태는 A-to-I 편집으로, ADAR 효소가 아데노신 뉴클레오타이드를 이노신으로 전환한다. 신체의 번역 기계는 이노신을 구아노신으로 읽기 때문에, 단일 편집만으로도 경우에 따라 RNA 안정성, 스플라이싱, 또는 단백질 기능을 변화시킬 수 있다.

전사 후 RNA 수식의 생리적 심혈관 특이 기능을 규명하려는 연구는 심장과 혈관에서 이 과정이 보호 기전으로만 작동하기보다는 세포 균형과 면역 관용을 유지하는 데 기여할 수 있음을 보여 왔다. RNA 편집은 체내 자신의 이중가닥 RNA에 대해 선천면역계가 부적절하게 활성화되는 것을 예방하는 데 도움을 준다고 보고돼 왔다.

Adar1 유전자가 전신적으로 완전히 결손된 마우스는 심장과 다른 조직에서 광범위한 세포 사멸로 인해 배아 10.5일(embryonic day 10.5)까지 생존하지 못하고 사망한다. Adar1을 심근세포(cardiomyocytes, 심장 근육 세포)에서만 삭제하면, 배아는 심각한 발달 이상을 보이며, 이는 세포 증식 감소와 세포자멸사(apoptosis, 프로그램된 세포 사멸) 증가 때문일 가능성이 있다.