[의과학 칼럼]칼슘신호 연구 어디까지 왔나

식후에 혈중의 당(글루코스·이하 '혈당'이라 부름)이 증가하게 되면 췌장의 베타 세포에서 호르몬 '인슐린'이 분비되어서 우리 몸에서 가장 부피를 많이 차지하는 골격근과 지방세포 등에 작용하여 당을 세포 안으로 수송해 혈당이 조절된다. 이때 인슐린의 작용은 지방세포와 골격근에서 당을 수송하는 기능을 갖는 당 수송체(glucose transporter: GLUT4)를 세포-막으로 이동시키도록 한다. 그러나 비만이나 운동부족 등으로 인해 생기는 제2형 또는 성인형 당뇨병의 경우에는 인슐린에 의한 혈당 조절 기능이 정상보다 저하된 상태가 되는데 이런 상태를 '인슐린 저항성' 상태라고 부른다.

이러한 제2형 당뇨병의 경우에 운동은 당대사를 개선할 뿐만 아니라 인슐린 저항성도 개선하는 것으로 알려져 있지만 정확한 조절기전은 아직까지 밝혀져 있지 않았다. '왜 운동을 하면 인슐린 저항성이 있는 제2형 당뇨병 환자에서 혈당이 정상적으로 조절될까' 라는 질문에 대한 뚜렷한 설명이 지금까지 없었으나 많은 연구자들에 의해 당 수송체의 세포-막으로의 이동에는 칼슘신호가 필수적인 역할을 한다고 보고한 바 있다.

우선 세포내칼슘신호에 대하여 간략히 소개하자면 '칼슘'은 우리 인체에 가장 많이 존재하는 금속이면서 생명활동 유지에 필수적인 금속이온이다. 우리 인체에 존재하는 칼슘은 그 대부분(99%)이 뼈에 분포되어 있다. 뼈 이외에는 액체 상태의 혈액과 세포에서 이온의 형태로 존재하면서 여러 효소의 활성 및 억제에 관여하여 세포 생리 균형을 유지시키며, 칼슘 농도의 잘못된 조절은 세포의 생사 및 질병의 유발에 중요한 원인이 된다.

따라서 이러한 칼슘신호전달 체계 연구는 인체 질병의 치료에 중요한 핵심사항이므로 현재 많은 연구가 진행되고 있다.

본 연구단은 당 수송체의 세포-막으로의 이동에서 칼슘신호의 필수적인 역할과 관련하여 골격근을 대상으로 연구한 결과, 운동할 때 골격근에서 인슐린에 의한 당 조절 기전과는 다른 칼슘신호 전달체계에 의한 혈당 조절 기전이 있음을 증명했으며, 그 원인은 운동과 인슐린이 각기 다른 칼슘신호전달 전령체 (Ca2+ signaling messenger)를 이용한다는 사실을 밝혔다.

본 연구단은 골격근 세포에 인슐린을 처리하면 세포내 칼슘 신호전달 전령체 중 하나인 이노시톨트리스포스페이트(IP3)가 주도하는 칼슘신호체계에 의해 당대사가 조절되는 반면, 골격근 수축시에는 다른 칼슘 신호전달 전령체인 사이클릭에이디피라이보스(cyclic ADP-ribose: cADPR)에 의한 칼슘신호체계가 중요 조절인자로 작용함으로써 당대사를 조절할 수 있음을 증명했다.

또한 이전에 밝혔던 지방세포에서 칼슘 신호전달 전령체 니코틴산 아데닌다이뉴클레오타이드포스페이트(nicotinic acid dinucleotide phosphate: NAADP)의 생성이 인슐린에 의한 당 수송체의 이동에서 중요한 조절자라는 사실과 함께(Cell Rep, 2012, 2:1607), 골격근에서 운동에 의한 cADPR과 NAADP생성체계가 혈당조절에 관련된 세포내 칼슘신호조절 체계를 조절한다는 사실을 밝힘으로써 운동과 인슐린 작용에서 칼슘신호조절 체계의 차이점을 규명했다.

이런 연구결과는 혈당 조절과 관련된 세포내 칼슘 신호전달 전령체 생산을 유도하는 새로운 물질이 제2형 당뇨병의 인슐린 저항성을 개선할 수 있는 신약 후보물질이 될 수 있을 것임을 보여주고 있다.

김우현 전북대 의과대학 교수(칼슘신호전달 네트워크 창의연구단장)