철분은 면역 세포에 영양을 공급하며 천식을 악화시킬 수 있습니다.

시금치와 스테이크에서 철분을 섭취할 수 있다는 이야기는 들어보셨을 겁니다. 철분이 폐에서 온몸으로 산소를 운반하는 적혈구의 단백질인 헤모글로빈의 주요 구성 요소인 필수 미량 영양소라는 사실도 알고 계실 겁니다.

철의 덜 알려진 중요한 기능 중 하나는 특정 면역 세포의 에너지 생성에 관여한다는 것입니다.

저희 연구실에서 최근 발표한 연구 에 따르면, 면역 세포로의 철분 흐름을 차단하거나 제한하면 알레르겐으로 인한 천식 발작 증상을 완화할 수 있는 가능성이 있는 것으로 나타났습니다.

철분을 필요로 하는 면역 세포

천식 발작이 발생하면 무해한 알레르겐이 폐의 면역 세포인 ILC2(내인성 림프구 2형)를 활성화합니다. 이로 인해 ILC2가 증식하고 면역 세포 간 신호 전달 물질인 사이토카인을 대량으로 분비하여 원치 않는 염증을 유발합니다. 그 결과 기침과 쌕쌕거림과 같은 증상이 나타나 기도가 좁아진 것처럼 느껴집니다.

폐에서 ILC2 기능에 있어 철의 역할을 평가하기 위해, 실험실에서 ILC2를 이용한 일련의 실험을 수행했습니다. 이후 알레르기성 천식 마우스와 다양한 정도의 천식 중증도를 가진 환자를 대상으로 연구 결과를 검증했습니다.

실험 결과

먼저, ILC2가 철분을 흡수하기 위해 트랜스페린 수용체 1(TfR1)이라는 단백질을 이용한다는 것을 발견했습니다. ILC2가 활성화되었을 때 이 단백질을 차단하자, 세포는 철분을 이용할 수 없었고, 더 이상 세포 증식과 염증 유발이 이전처럼 효과적으로 이루어지지 않았습니다.

그런 다음 ILC2가 철을 사용하는 것을 막기 위해 철 킬레이터라는 화학물질을 사용했습니다. 철 킬레이터는 철분을 끌어당기는 강력한 자석과 같으며, 체내 철분이 과다한 상태를 관리하는 데 의학적으로 사용됩니다.

킬레이트제를 사용하여 ILC2의 철분을 제거하자 세포들은 신진대사를 변화시켜 스포츠카에서 자전거로 전환하는 것처럼 다른 에너지 획득 방식으로 전환해야 했습니다. 세포들은 더 이상 폐 염증을 유발하는 데 효과적이지 않았습니다.

다음으로, ILC2 활성으로 인해 기도가 민감한 생쥐의 세포 내 철분 수치를 제한했습니다. TfR1을 억제하거나, 철 킬레이트제를 첨가하거나, 미니헵시딘이라는 합성 단백질을 이용하여 전체 철분 수치를 낮추는 세 가지 방법을 사용했습니다. 이러한 방법들은 생쥐의 기도 과민반응을 감소시키는 데 도움이 되었고, 결과적으로 천식 증상의 심각도를 감소시켰습니다.

마지막으로 천식 환자의 세포를 살펴보았습니다. 흥미로운 점을 발견했습니다. ILC2 세포에 TfR1 단백질이 많을수록 천식 증상이 더 심했습니다. 즉, 철분이 천식의 중증도에 중요한 역할을 한다는 것입니다. TfR1을 차단하고 철 킬레이트제를 사용했을 때 ILC2 증식과 사이토카인 생성이 감소했습니다. 이는 마우스 실험 결과가 인간 세포에도 적용될 수 있음을 시사합니다. 즉, 이 연구 결과를 실험실에서 최대한 빨리 임상 시험으로 옮길 수 있다는 의미입니다.

천식에 대한 철분 요법

철분은 오케스트라 지휘자와 같아서 ILC2와 같은 면역 세포가 천식 발작 중에 어떻게 행동해야 하는지 지시합니다. 철분이 충분하지 않으면 이 세포들이 문제를 일으킬 수 없어 천식 증상이 줄어들 수 있습니다.

다음으로, 천식 발작 시 환자의 면역 세포를 표적으로 삼는 연구를 진행하고 있습니다. 체내 철분 수치를 전반적으로 감소시키지 않고 ILC2가 이용할 수 있는 철분의 양을 줄일 수 있다면, 단순히 증상만이 아닌 질병의 근본 원인을 해결하는 새로운 천식 치료법을 개발할 수 있을 것입니다. 현재 치료법은 증상을 조절하여 환자의 생명을 유지할 수는 있지만, 질병 자체를 완치하지는 못합니다. 철분 기반 치료법이 천식 환자에게 더 나은 해결책을 제공할 수 있을 것입니다.

우리의 발견은 천식에만 적용되는 것이 아닙니다. 습진이나 제2형 당뇨병처럼 ILC2가 관여하는 다른 질병에도 획기적인 변화를 가져올 수 있습니다. 철분이 면역 체계에 이렇게 중요할 줄 누가 상상이나 했을까요?

해당 연구의 결과는 The Conversation 저널 에 게재된 기사에 자세히 설명되어 있습니다.