β세포의 '질'이 당뇨병 발병 여부를 결정할 수 있을까?

아는 사람 중에 당뇨병을 앓고 있는 사람이 점점 더 많아지는 것 같다면, 맞는 말입니다. 당뇨병이 유행병처럼 불리는 데는 다 이유가 있습니다. 미국당뇨병협회에 따르면, 2021년 미국 인구의 10% 이상, 약 3,840만 명이 당뇨병을 앓고 있었으며, 매년 120만 명이 당뇨병 진단을 받고 있습니다.

제2형 당뇨병은 혈당 조절에 도움이 되는 호르몬인 인슐린에 대한 신체의 저항성이 증가하면서 발생합니다. 인슐린은 췌장의 β세포에서 생성되는데, 제2형 당뇨병에서는 혈당 수치를 정상화하기 위해 인슐린 생성을 증가시키지만, 이것만으로는 충분하지 않아 결국 β세포가 고갈됩니다. β세포는 매우 중요한 역할을 하기 때문에, β세포의 기능적 양, 즉 총 수와 기능 능력이 당뇨병 발병 위험을 결정합니다.

그러나 β세포는 같은 사람에서도 균일하지 않습니다. β세포는 분비 활동, 생존, 분열 능력이 다른 아형으로 나뉩니다. 다시 말해, 각 β세포 아형은 서로 다른 "적합성 수준"을 가지며, 높을수록 좋습니다. 당뇨병이 진행됨에 따라 일부 β세포 아형의 비율이 변합니다. 하지만 핵심 질문은 여전히 남아 있습니다. 당뇨병이 β세포의 구성과 상태를 변화시키는 것일까요, 아니면 이러한 변화가 질병을 유발하는 것일까요?

밴더빌트 대학교의 과학자 구오치앙 구, 에밀리 호지스, 켄 라우가 바로 이 부분에서 도움을 줍니다. 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications )에 게재된 그들의 최근 연구는 베타 세포의 기능적 양을 증가시켜 제2형 당뇨병 위험을 줄일 수 있는지 이해하는 데 한 걸음 더 다가갔습니다. 구와 라우는 세포 및 발생 생물학 교수이며, 호지스는 생화학 조교수입니다.

β세포 아형을 연구하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 "단일 세포 수준에서 시료의 최종 분석"입니다. 이는 과학자들이 특정 β세포를 단 한 번, 그리고 완전히 발달했을 때만 연구할 수 있다는 것을 의미합니다. 이러한 방법으로는 분화, 성숙, 분열, 노화, 사멸 등 다양한 단계에서 동일한 세포 아형의 발달 과정을 추적할 수 없습니다. 모든 단계에서 관찰할 수 있다면 시간이 지남에 따라 또는 다양한 생리적 조건에서 세포의 상태가 어떻게 변하는지 더 잘 이해할 수 있을 것입니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 Gu, Hodges, 그리고 Lau는 β 세포를 생성하는 전구 세포에 다양한 유전자 발현 조합을 영구적으로 표시하는 방법을 개발했습니다. 이러한 태그를 통해 연구진은 다양한 발달 단계에서 동일한 β 세포 아형을 추적하고 근본적인 질문에 더욱 확신을 가지고 답할 수 있었습니다.

그들의 연구는 세 가지 주요 결과를 도출했습니다.

1. 생쥐 배아에서 서로 다른 유전적 마커를 가진 β 세포를 형성하는 전구 세포는 성체 생쥐에서 서로 다른 "적합성" 수준을 가진 β 세포 아형을 생성합니다. 이는 아형이 어떻게 형성되는지, 그리고 향후 "건강한" β 세포의 비율을 높이고 당뇨병 위험을 줄이기 위해 이 과정을 어떻게 조작할 수 있는지 이해하는 데 도움이 됩니다.
2. 임신 중 암컷 생쥐의 식단은 자손의 고기능 β세포와 저기능 β세포 비율에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어, 어미가 고지방 식단을 섭취하고 비만인 경우, 자손은 포도당 감지 β세포가 감소합니다. 이 모델은 어미의 비만이 자손의 당뇨병 위험을 증가시킨다는 것을 확인합니다. 이는 의사와 연구자들이 유전과 모체 건강의 역할에 대해 더 잘 이해할 수 있도록 해줍니다.
3. 생쥐에서 확인된 β 세포 아형은 인간의 췌장에도 유사체가 존재합니다. 더욱이, 인간에서 가장 높은 적응도를 보이는 아형은 제2형 당뇨병 환자에서는 감소합니다. 모든 동물 실험 결과가 인간에게 직접적으로 적용되는 것은 아니지만, 이 결과는 생쥐 모델이 인간의 생물학과 당뇨병을 이해하는 데 유용할 수 있음을 시사합니다.

연구진은 이제 다양한 β세포 하위 유형에서 후성유전적 패턴(앞서 언급한 유전자 발현 마커)이 어떻게 형성되고 유지되는지, 그리고 이러한 패턴의 붕괴가 세포 기능에 어떤 영향을 미치는지 연구할 계획이다.

구 박사는 "이 연구와 다른 연구를 통해 앞으로 임신부를 위한 건강 보조 식품을 개발해 아이의 당뇨병 위험을 줄이는 것이 가능할 수도 있습니다."라고 말했습니다.

다른 중요한 질문들이 남아 있습니다. 예를 들어, DNA 메틸화(후성유전학 마커 중 하나)를 조절하여 인간 배아줄기세포에서 유래한 β 유사 세포의 기능적 질을 향상시킬 수 있을까요? 만약 그렇다면, 이러한 β 세포를 제2형 당뇨병 환자에게 높은 적합도를 가진 β 세포를 이식하는 이식 치료에 사용할 수 있을까요?

이러한 질문에 대한 답은 아직 찾지 못했습니다.