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엑소좀은 엔도좀에서 기원한 나노스케일의 세포막 소포체로서 세포외배출을 통해 세포밖으로 유리된다. 다양한 세포에서 분비된 엑소좀은 단백질이나 mRNA, microRNA 등의 물질을 함유하여 혈류를 통해 이들을 다른 세포로 전달함으로써 세포간 소통에 중요한 역할을 담당하는 것으로 알려지면서 최근 엑소좀에 대한 관심이 고조되고 많은 연구들이 진행되고 있다. 내피세포의 기능장애가 당뇨병성 혈관병증의 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으나 정확한 기전은 아직 밝혀지지 않고 있으며, 특히 혈액내 엑소좀과 이를 통해 운반되는 물질들이 혈관 내피세포의 기능 장애에 어떤 역할을 하는지에 대해서는 거의 알려진 바가 없다. 오늘 소개하는 본 연구에서는 혈액내 엑소좀을 통해 전달되는 어떤 물질이 혈관 내피세포의 기능에 영향을 미칠 것이라는 가설하에 당뇨병 마우스 모델을 이용하여 실험을 진행하였다.
연구 결과를 살펴보면 우선 당뇨병 db/db 마우스의 혈청에서 분리한 엑소좀이 마우스 대동맥 내피세포에 전달되는 것을 확인하였으며 이렇게 전달된 db/db 마우스 유래 엑소좀이 비당뇨병 db/m+ 마우스 혈관 내피세포의 기능 장애를 초래하는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 당뇨 환자의 혈액에서 분리한 엑소좀을 처리하였을 때에도 유사한 결과를 초래하는 것을 확인하였다. 그렇다면 과연 엑소좀 내의 어떤 물질이 이러한 내피세포 기능 장애를 일으키는지 확인하기 위해 RNase 와 Proteinase를 통해 RNA와 단백질을 각각 제거하고 실험을 하였을 때 엑소좀내의 단백질만이 이러한 결과를 가져옴을 확인하였으며, 프로테오믹스 분석을 통해 db/db 마우스 혈정 엑소좀내에Arginase 1 (Arg 1)의 농도가 유의하게 높았으며 NO 생성을 저해하는 기전으로 볼 때 내피세포 기능장애를 초래할 수 있는 가장 가능성이 높은 단백질로 결론내렸다. Arg 1을 억제 혹은 과발현 시키는 일련의 실험들을 통해 db/db 마우스의 엑소좀을 통해 전달되는 Arg 1이 내피세포 기능장애에 필수적인 요소라는 것을 확인하였다.
결론적으로 Arg 1을 함유한 혈액내 엑소좀이 내피세포로 전달되어 NO 형성을 저해함으로써 혈관 내피세포의 기능장애가 초래됨을 확인하였고, 당뇨병에서 관찰되는 혈관 내피세포 기능 장애의 기전으로서 엑소좀을 통한 단백질의 전달이라는 새로운 기전을 제시한 연구라고 하겠다. 물론 완벽하게 엑소좀만을 분리해 내기는 불가능하므로 엑소좀 이외의 다른 형태의 입자나 단백질 등이 실험 결과에 영향을 주었을 가능성이 있으며 엑소좀의 기원이나 엑소좀이 유리되고 흡수되는 구체적인 기전은 아직 밝혀져 있지 않지만, 이러한 엑소좀을 통한 새로운 방식의 세포간 소통이 다양한 질환에서 나타나는 혈관 내피세포 기능장애에 어떠한 역할을 하는지 또한 후속 연구들을 통해 밝혀질 수 있기를 기대한다.
