배경

우리 몸의 항상성을 유지하고 성장을 조절하는 호르몬은 혈액을 타고 전신을 흐르는 화학 전령이다. 지금까지 의학계는 뇌하수체, 갑상선, 췌장, 부신 등 개별 내분비 기관이 분비하는 특정 호르몬과 표적 장기의 일대일 관계에 주목해 왔다. 예컨대 인슐린은 췌장에서 나와 간이나 근육 세포의 수용체에 결합해 혈당을 낮춘다는 경로가 대표적 사례다.

그러나 실제 우리 체내에서 일어나는 호르몬 신호 전달은 이보다 훨씬 복잡한 그물망 구조로 얽혀 작동한다. 수많은 호르몬과 수용체가 전신 세포 표면에 분포하며 복합적인 상호작용을 주고받는 까닭이다. 기존의 대량 분석 기술은 여러 세포가 뒤섞인 조직 전체를 한꺼번에 파쇄하여 분석하는 한계를 지녔다. 이로 인해 어떤 세포가 정확히 어떤 호르몬 신호를 수신해 반응하는지 명확히 구분하기 어려웠다. 보이지 않는 호르몬 통신망의 정밀 지도가 부재했던 탓에, 당뇨병이나 비만 같은 복합 대사 질환의 발병 경로를 다각도로 규명하는 연구 역시 난항을 겪을 수밖에 없었다.

핵심 발견

국제 공동 연구진은 단일세포 전사체 분석(Single-cell RNA sequencing, scRNA-seq)과 공간 전사체(Spatial transcriptomics, ST) 기술을 융합해 전신 내분비 신호 전달의 세포 지도를 완성했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 제네틱스(Nature Genetics)에 실려 학계의 이목을 끈다. 연구진은 인간의 주요 내분비 기관과 표적 조직에서 얻은 수십만 개의 단일 세포 데이터를 통합 분석하는 경로를 거쳤다. 유전자 발현 패턴을 분석한 뒤, 세포가 발현하는 호르몬 리간드와 수용체의 관계를 컴퓨터 모델로 매핑하는 성과를 올렸다.

특히 연구진은 세포 간 신호 전달 분석 도구인 셀챗(CellChat) 시스템을 고도화하여 활용한 점이 눈에 띈다. 이 알고리즘은 단일 세포 수준의 유전자 발현량을 바탕으로 호르몬 분비 세포와 수신 세포 사이의 통신 확률을 연산한다. 분석 과정에서 췌장 내부의 미세 환경을 세포 수준으로 들여다본 결과, 기존에 인지하지 못했던 상호작용이 포착되기도 했다. 췌장 알파세포에서 분비되는 특정 펩타이드가 단순히 혈당 조절에 관여하는 것을 넘어, 인근 면역세포의 수용체와 결합해 국소 염증 반응을 직접 조절한다는 사실이 새롭게 규명됐다. 이는 기존 분석법이 밝혀내지 못한 미세 환경 내 국소 내분비 신호를 선명하게 드러낸 대목이다.

의미와 전망

이번에 완성된 내분비 세포 지도는 호르몬 분비 이상이나 대사 장애로 발생하는 전신 질환의 병리 기전을 이해하는 새로운 나침반이 될 전망이다. 복합 대사 증후군이나 다발성 내분비선종증처럼 여러 장기가 동시에 망가지는 질환의 치료제 개발에 소중한 기초 자료를 제공한다. 전신 수준의 호르몬 통신망을 시각화함으로써, 특정 호르몬의 과다 분비가 몸 전체의 다른 기관들에 미치는 연쇄적 영향도 한눈에 추적할 수 있게 됐다.

다만 이번 지도가 지닌 기술적 제약도 분명히 존재한다. 분석에 활용된 전사체 데이터는 특정 시점의 세포 상태를 촬영한 스냅숏에 가깝다는 지적이다. 혈류 속도나 심박수, 밤낮에 따른 호르몬 농도의 주기적 변화 같은 체내의 동적 요인을 실시간으로 반영하지는 못하는 까닭이다. 호르몬은 분비 주기에 따라 활성도가 크게 달라지는 만큼, 이러한 한계를 보완할 추가 연구가 이어져야 한다. 결국 생체 내 동적 환경을 컴퓨터 시뮬레이션으로 모사하는 정밀 생물학 모델과의 결합이 향후 해결해야 할 과제다.