초미세먼지 속 중금속 독성을 멜라토닌이 완화했다

안전성평가연구소, 세포·동물 실험 결과 발표
카드뮴, 전립선 세포에 악영향… 조직 작아져
멜라토닌 주입하면 카드뮴 독성 완화해

수도권에 미세먼지 비상저감조치가 발령된 지난 3월 20일 서울 남산에서 바라본 도심이 뿌옇게 보이고 있다. 사진=서동일 기자

[파이낸셜뉴스] 안전성평가연구소(KIT) 경남바이오헬스연구지원센터장 허정두 박사팀이 미세먼지 속 중금속 카드뮴이 인체 전립선 조직을 손상시킨다는 것을 밝혀냈다. 또한 멜라토닌이 카드뮴으로 인한 전립선 조직 손상을 완화시킨다는 것도 알아냈다.

허정두 센터장은 10일 "초미세먼지 속 중금속 물질의 유해성에 대한 연구가 지속적으로 필요하다"며 "물질의 유해성 파악 뿐만아니라 이를 저감할 수 있는 대안을 찾는 연구도 함께 할 예정"이라고 말했다.

연구진은 세포와 동물실험에서 확인된 연구결과를 생물학 분야 학술지인 '커뮤니케이션즈 바이올로지(Communications biology)'에 지난 2월 발표했다.

쉽게 부식되지 않는 성질의 카드뮴은 각종 배터리, 금속코팅, 안료, 플라스틱 안정제 등으로 사용된다. 하지만 대표적 발암물질로 인체에 노출되면 폐, 간, 신장에 축적돼 폐암, 신장암 등을 유발한다.

연구진은 매년 미세먼지가 심각해짐에 따라 미세먼지 속 카드뮴이 인체 노출됐을때 어떻게 조직 기능에 영향을 주는지에 대한 정확한 작용원리를 파악하고 이를 완화시키는 물질을 찾고자 했다.

이를 위해 전립선 세포와 실험쥐에 인체 노출 가능 범위인 200㎍/㎏ 농도로 카드뮴을 노출시키는 실험을 진행했다.

세포실험 결과, 산화스트레스로 활성산소가 증가하고 이로인해 세포가 죽어갔다. 또 카드뮴이 세포속 미토콘드리아에 침투해 세포 기능이 떨어지면서 세포 독성을 일으켰다. 미토콘드리아는 세포의 대사 항상성과 세포사멸에 중요한 기능을 하는 세포소기관이다.

특히, 최근 미토콘드리아 속 단백질 'STAT3'가 카드뮴 노출에 따라 기능이 손상됐다. STAT3는 면역 억제, 염증 질환 및 자가면역질환 등 세포 자극에 반응해 다양한 유전자가 나오는 것을 돕는 역할을 한다.

안전성평가연구소(KIT) 경남바이오헬스연구지원센터장 허정두 박사팀이 실험쥐에 카드뮴을 노출시키자 전립선 조직이(위쪽 사진) 손상됐으며, 이후 멜라토닌을 주입해 살펴본 결과 전립선 손상이 완화됐다. 안전성평가연구소 제공

실험쥐에도 세포실험과 동일하게 미토콘드리아의 STAT3 단백질이 감소됐다. 이로인해 카드뮴이 전립선 조직을 손상시켰다.

연구진은 "이러한 결과는 카드뮴이 STAT3의 기능을 떨어뜨리고 미토콘드리아의 항상성을 손상시켜 전립선 조직의 크기와 기능에 영향을 줘 전립선 손상을 유발할 가능성을 시사하고 있다"고 설명했다.

그다음 연구진은 카드뮴에 노출된 세포와 실험쥐에 멜라토닌을 주입했다. 뇌에서 분비되는 멜라토닌은 수면 리듬을 조절하는 생체호르몬으로 불면증 치료에 사용되는 약물이다.

멜라토닌을 1시간 전처리한 결과, 전립선 기능의 독성영향을 저감시켰다. 멜라토닌이 미토콘드리아 STAT3 기능을 조절해 미토콘드리아의 항상성을 향상시키고 세포가 죽어 없어지는 것을 방해한 것이다.

연구진은 "이는 인체가 독성에 대한 저항성으로 수면 습관 등에 의해 변화될 수 있다는 가능성을 제안한 것으로 후속 연구가 필요하다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자