Hydrogen sulfide-mediated vasodilation requires heme oxygenase-derived carbon monoxide

인체는 모든 세포에 산소와 영양분을 전달하기 위해 방대한 혈관 네트워크에 의존하며, 이 혈관들을 열려 있고 유연한 상태로 유지하는 것은 생사와 직결된 문제입니다. 이러한 흐름을 유지하기 위해 동맥의 내벽인 내피세포는 근육벽이 이완되고 넓어지도록 지시하는 화학적 신호를 끊임없이 방출합니다. 수십 년 동안 과학자들은 이 과업을 수행하는 몇 가지 핵심 전달 물질에 대해 알고 있었으나, 최근의 한 발견은 이 팀에 새로운 일원을 추가했습니다. 바로 황화수소입니다. 황화수소는 흔히 썩은 달걀 냄새를 유발하는 가스로 알려져 있지만, 사실 이 분자는 혈압을 조절하기 위해 우리 세포가 자연적으로 생성하는 필수적인 물질입니다. 그러나 황화수소가 동맥벽과 어떻게 소통하여 혈관을 확장시키는지에 대한 정확한 방식은 여전히 미스터리로 남아 있었으며, 이는 연구자들이 이 중요한 시스템이 어떻게 기능하는지에 대한 불완전한 그림을 갖게 만들었습니다.

연구팀은 황화수소가 어떻게 장을 고정하는 조직인 장간막 내의 동맥을 확장시키는지를 조사함으로써 이 수수께끼를 풀기 위해 나섰습니다. 그들은 탄소 산화물을 생성하는 것으로 알려진 헤임 옥시게나제(heme oxygenase)라는 단백질과 관련된 특정 경로에 주목했는데, 탄소 산화물 또한 혈관을 이완시키는 데 도움을 주는 가스입니다. 과학자들은 황화수소가 혼자 작용하는 것이 아니라, 탄소 산화물의 생성을 켜는 스위치 역할을 하며, 그 후 탄소 산화물이 실제 혈관을 넓히는 작업을 수행한다고 가설을 세웠습니다. 이를 테스트하기 위해 그들은 쥐에서 작은 동맥을 분리하였고, 압력 마이오그래피(pressure myography)라는 기술을 사용했습니다. 이 기술은 마치 물속에 있는 정원 호스가 압력을 받았을 때 어떻게 반응하는지 관찰하는 것처럼, 일정한 압력을 유지하면서 혈관이 다양한 화학 물질에 어떻게 반응하는지 관찰할 수 있게 해줍니다.

실험 결과 명확한 일련의 사건들이 드러났습니다. 연구진이 동맥에 황화수소를 투입했을 때, 혈관은 예측 가능한 방식으로 확장되었습니다. 그러나 헤임 옥시게나제의 활성을 차단하자 동맥은 더 이상 황화수소에 반응하지 않았으며, 이는 해당 효소가 이 과정에 필수적임을 시사했습니다. 탄소 산화물이 누락된 연결 고리임을 확인하기 위해, 과학자들은 효소가 여전히 차단된 상태에서 탄소 산화물을 다시 혼합물에 추가했습니다. 그러자 혈관의 이완 능력이 회복되었으며, 이는 탄소 산화물이 이 순서에서 필요한 전달 물질임을 증명했습니다. 또한 이 연구는 황화수소가 헤임 옥시게나제 효소의 활성을 높이고, 효소의 성능을 높이는 방식으로 이를 화학적으로 변형시킨다는 것을 보여주었습니다.

신호의 메커니즘에 대한 추가 조사 결과, 생성된 탄소 산화물은 단독으로 작용하지 않는다는 것이 밝혀졌습니다. 탄소 산화물은 세포 표면의 특정 채널인 TRPV4 채널을 자극하며, 이는 다시 SK 및 IK라고 불리는 다른 채널들을 활성화하는 문을 엽니다. 이 채널들은 이온이 유입되도록 하여 궁극적으로 근육을 이완시킵니다. 연구진은 만약 TRPV4 채널이나 SK 및 IK 채널을 차단하면, 탄소 산화물이 존재하더라도 혈관 확장이 멈춘다는 것을 발견했습니다. 이는 이 구성 요소들이 특정 팀으로서 함께 작동한다는 것을 나타냈습니다. 세포 내부에서 두 단백질이 얼마나 가까이 있는지 감지하는 방법을 사용하여, 연구팀은 탄소 산화물을 생성하는 효소와 TRPV4 채널이 연구 대상인 인간 세포 내에서 매우 가까이 위치하고 있음을 관찰했으며, 이는 신호를 효율적으로 전달하기 위해 물리적으로 연결되어 있음을 시사합니다.

이러한 결과는 황화수소가 탄소 산화물 생성을 촉진하는 촉매제로 작용하고, 이후 탄소 산화물이 TRPV4 및 SK/IK 채널을 포함하는 특정 신호 전달 팀을 활성화하여 혈관을 이완시킨다는 모델을 뒷받침합니다. 이 연구가 혈압 조절에 관한 모든 질문을 해결했다고 주장하는 것은 아니지만, 황화수소가 어떻게 이 과정을 개시하는지에 대한 구체적인 설명을 제공합니다. 데이터는 효소인 헤임 옥시게나제-2와 TRPV4 채널이 내피에서 기능적 단위를 형성하며, 이 효소에 의해 생성된 가스가 이완 효과에 필요하다는 것을 확인해 줍니다. 이 경로를 지도화함으로써, 이 연구는 우리 몸이 혈류를 조절하는 방식에 있어 이전에 숨겨져 있던 단계를 명확히 밝혀냈으며, 우리의 순환을 건강하게 유지하는 화학적 대화에 대한 더 완전한 이해를 제공합니다.