서울대 약학대 吳禹澤 교수(세계 최고에 도전한다:14)
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수정 1998-04-07 00:00
입력 1998-04-07 00:00
통증만큼 주관적이고 불규칙해서 실체를 규명하기 어려운 증상도 없다.같은 정도의 통증이라도 사람에 따라 천차만별로 나타나기 때문이다.종류도 가지가지다.흔한 두통에서부터 척추수술을 받은 뒤의 통증,격렬한 운동의 부작용으로 생기는 근육통,오십견 같은 어깨통증,협심증에 수반되는 가슴통증,췌장염·복부암에 나타나는 복통에 이르기까지 헤아릴 수 없을 정도다.
통증은 심할 경우 고통 뿐 아니라 움직일 수 없을 만큼 행동에 커다란 제약을 준다.특히 말기 암환자가 겪는 동통(疼痛)은 죽음의 공포보다도 견디기 어려운 것이라고 전문의들은 설명한다.
그런데도 현대의학은 통증의 고통에서 안전하게 해방될 수 있는 방법을 아직 찾지 못하고 있다.
지금까지의 통증에 대한 연구는 주로 신경과학적 관점에서 이뤄져 왔다.예컨데 피부·근육 등의 말초에있는 감각신경은 어떤 것이 있으며,이 감각신경이 척수내의 어떤 신경세포에 전달되는가,그리고 척수내의 신경세포가 뇌의 어느 부위에 통각정보를 전달하는지에 대한 연구가 주종을 이뤘다.그러나 통증 발생 초기 단계에서 피부나 근육에 있는 통각신경이 어떻게 통증신호를 발생시키는지는 규명되지 않고 있다.인간의 통증을 과학적으로 잘 이해하지 못한 탓이다.
○미 최고전문지 대서 특필
그런데 최근 이러한 의문을 우리의 식탁에 매일 올려져 입맛을 돋우는 고추(Capsicum annuum)가 풀어 주고 있다.고추의 매운맛 성분인 캡사이신(Capsaicin)이란 물질이 체내의 통각신경세포를 흥분시켜 통증을 일으킨다는 사실이 밝혀졌기 때문이다.
서울대 약대 吳禹澤 교수(43·통각발현연구단장).지난 96년 세계 최초로 통각신경의 세포막에서 ‘캡사이신 이온통로’를 발견,강력하고 안전한 차세대진통제 개발의 획기적 전기를 마련한 주역이다.
“통각신경의 세포막에 있는 이온통로는 평소 닫혀 있습니다.그러나 캡사이신 성분이 결합하면 이온통로가 열리면서 세포와 세포사이의 공간을 채우고 있던 나트륨·칼륨 따위의 양이온이 밀려 들어오지요.이 이온들은 양전기를 띠고 있기 때문에 통각신경을 흥분시키며 이 흥분상태가 척수를 통해 뇌로 전달돼 통증을 느끼게 됩니다.시간이 지나면 통각신경은 세포막에 있는 펌프를 가동해 이온을 다시 바깥쪽으로 내보내게 되므로 통증이 사라지게 되지요”
생물체의 세포막에는 많은 이온통로가 있어 이를 통해 세포 안팎으로 물질을 교환하지만,통증 유발과 관련된 이온통로를 발견한 것은 세계에서 처음있는 일이다.
吳교수의 이 연구결과는 국제 신경과학계의 비상한 관심을 모았다.신경과학분야에서 세계 최고 권위를 자랑하는 미국의 ‘저널 오브 뉴로사이언스’(96년 4월1일자)는 吳교수의 연구성과를 아홉쪽에 걸쳐 대대적으로 소개했다.또 미국 캘리포니아대 연구팀은 吳교수가 발견한 캡사이신 이온통로의 유전자를 클로닝해 발표했는데,이를 세계적 과학전문지 ‘네이처’(97년 10월 23일자)는 표지기사로 실었다.
과학기술부도 최근 吳교수의 ‘인체내 통증발현(發現)연구사업’을 창의적연구 진흥과제로 선정,올해부터 3년동안 해마다 4억원의 거액을 지원키로 했다.정부가 그의 연구에 거는 기대치가 얼마나 높은지를 짐작케 한다.
吳교수는 지난 83년 미국 오클라호마대학 의대에 유학한 이후 15년동안 통증연구에 매달려 왔다.
주로 협심증 통증신호가 척수와 뇌의 신경회로망에 어떻게 전달되는지를 연구하던 그가 이온통로 연구에 본격적으로 나선 것은 지난 94년.중추신경계의 통증연구에 한계를 절실히 느낀 나머지 연구방향을 완전히 돌려 통증연구의 가장 기초분야인 말초신경의 이온통로 규명에 나섰다.
내친 김에 이온통로 연구분야의 세계적 권위자인 시카고의대 金東熙박사를 찾아가 세포내부의 미세전류를 측정하는 이른바 ‘패치 클램프’기술을 배웠다.패치 클램프는 세포내의 미세한 전류흐름을 측정해 이온통로의 개폐여부를 진단하는 이온통로 연구의 핵심기술.독일 과학자 베르트 자크만은 이장치를 고안,91년 노벨의학상을 받았다.
吳교수는 6개월 남짓 패치 클램프 기술을 익힌 뒤 캡사이신이 열어주는 통각신경세포의 이온통로가 존재할 것이란 가설을 세우고 이를 찾기 위해 연구를 집중했다.
“처음에는 金박사가 쓰다 남긴 생쥐 몇 마리로 연구를 시작했습니다.남의 실험실에서 셋방살이하는 주제에 내 연구를 한다는 게 눈치가 보여 金박사가 여행을 떠난 한달 동안 집중적으로 매달렸지요”
○“연구비 지원 3년뒤 보답”
吳교수는 갓 태어난 생쥐에서 떼어내 배양한 통각신경세포에 미세한 전극을 붙이고 캡사이신을 투여하는 실험을 수없이 반복했다.연구를 시작한 지한달이 다 되어갈 무렵 캡사이신을 주면 이온이 세포안으로 흘러 들어가면서 전류가 발생했고,반대로 캡사이신 차단제를 투여하면 이온통로가 닫혔다.캡사이신 이온통로의 가설을 처음 확인하는 순간이었다.스스로도 믿기지 않았다.여행에서 돌아온 金박사는 “무슨 엉뚱한 소리냐”는 식의 반응을 보였다.
1년간의 미국 연구생활을 끝내고 95년 1월 고국에 돌아온 그는 학계의 예상을 뒤엎고 캡사이신의 결합부위가 세포의 바깥쪽이 아닌 안쪽이란 사실을 밝혀냈다.그리고 우리 몸속에는 캡사이신과 비슷한 내인성(內因性) 활성물질이 존재하기 때문에 고추성분이 통각신경 세포막의 이온통로를 열어 통증을 유발한다는 것도 알아냈다.체내 내인성 활성물질의 존재에 관한 연구는 곧‘저널 오브 뉴로사이언스’에 공표될 예정이다.
전문가들은 吳교수의 연구성과에 대해 “통증발현에 필요한 주요 인자(因子)를 찾아냄으로써 유전자를 이용한 통증 치료법 개발을 가능케 해줄 것”으로 내다보고 있다.특히 캡사이신 이온통로는 통각세포에만 존재하기 때문에 이 통로가 열리지 않게 하는 약을 찾아 낸다면 예전보다 훨씬 부작용이적으면서도 효능이 뛰어난 진통제를 개발할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
“이제 시작에 불과합니다.당장은 캡사이신 내인성 활성물질의 생성과 소멸과정을 알아내야 합니다.이 작업이 끝나면 또 다른 통증채널의 존재 여부를규명할 생각이지요. 어쩌면 캡사이신 이온통로는 통증유발 경로의 일부일 수있기 때문입니다”
吳교수는 특별한 신조가 없다.다만 ‘열심히 하면 된다’는 것이 신조라면 신조다.지난 3월에는 세계 신경과학계의 리더들이 참여하는 ‘저널 오브 뉴로사이언스’의 편집위원으로 뽑히는 영예도 안았다.그는 “경제가 어려운시기에 나라에서 거액의 연구지원금을 받는 게 부담스럽기는 하지만 3년뒤에는 이 빚을 연구성과로 되갚겠다”고 말했다.<朴建昇 기자>
◎캡사이신 이온통로란/통각신경 끝에 위치… 염증땐 통로여는 물질 분비/척수안 통각신경세포 신경정보 통해 뇌에 전달
통증은 인체 조직이 손상될 때 나타나는 자각증상으로,피부·근육·뼈·내장 등의 말초 통각(痛覺)신경에서 전달되기 시작한다.통각신경이 강한 자극을 받아 전기적으로 흥분하면 이 흥분상태는 통각신경을 타고척수로 이어진다.또 척수안에 들어 있는 각종 통각 관련 신경세포는 통각신경을 따라 전달된 신경정보를 뇌로 전해 준다.통각정보가 뇌에 전해질 때 사람은 비로소 아픔을 느끼게 된다.
진통제란 이같은 과정의 어느곳에선가 통각정보가 전달되지 못하도록 해주는 약제.예컨데 모르핀 같은 마약성 진통제는 통각정보가 척수에서 뇌로 전달되는 것을 차단함으로써 강력한 진통효과를 낸다.
캡사이신 이온통로는 통각신경의 말단에 존재한다.과학자들은 그동안 고추의 매운 성분인 캡사이신이 강한 통증을 일으킨다는 점에 착안,캡사이신의 작용에 따라 개폐되는 이온채널이 몸속에 존재할지 모른다고 생각해 왔다.그러나 캡사이신 이온통로가 실체를 드러낸 것은 아주 최근의 일이다.
전문가들은 캡사이신 이온통로와 염증성 통증은 서로 밀접한 관련이 있을 것으로 파악하고 있다.염증이 생기면 캡사이신 이온통로를 열어 주는 물질이 분비되기 때문이다.그러나 캡사이신 이온통로를 열어 주는 물질의 정체는여전히 베일에 가려 있다.캡사인신의 작용으로 이온통로가 열리면 나트륨·칼륨·칼슘 따위의 갖가지 양(陽)이온이 통각세포안으로 들어와 통각세포를 흥분시킨다는 사실만 알려졌을 뿐이다.
캡사이신 이온통로의 존재를 처음 구명한 吳禹澤 교수는 캡사이신이 결합하는 부위가 학계의 추정과 달리 세포 안쪽에 존재한다는 점도 밝혀냈다.<朴建昇 기자>
□禹澤 교수 약력
△78.2 서울대 약학대학 졸업
△82.8 서울대 약학대학원생명약학 석사
△87.10 미국 오클라호마대 의과대학 생리학박사
(학위논문:협심증 관련 통증의 메커니즘 연구)
△87.11∼88.10 텍사스주립대 의과대학 갈베스턴 분교 연구원
△88.12 서울대 약학대학 조교수
△93.9.∼95.8 서울대 유전공학연구소 응용연구부장
△94.1∼95.1 시카고의과대학 생리학과 교환교수
△95.1∼96.12 대한약학회 영문지 편집간사
△97.5∼현재 서울대 실험동물사육장 운영위원
△97.5 제7회 과학기술우수논문상 수상(캡사이신 이온통로 발견,한국과학기술단체총연합회)
△97.12∼현재 통각발현연구단장(과학기술부 창의적 연구 진흥과제)
△98.3∼현재 ‘뉴로 사이언스 레터’ 편집위원
1998-04-07 11면
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