NG2-expressing cells support capillary-rich skeletal muscle homeostasis, and their repeated depletion is associated with increased mortality
모세혈관이 풍부한 골격근의 항상성 유지에 필수적인 NG2 발현 혈관 주위 세포의 반복적인 고갈은, 자세 및 삼킴 관련 근육의 근육량과 기능 상실로 인해 심각한 전신 악화와 사망률 증가를 초래한다.
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근육은 흔히 움직임을 만드는 단순한 엔진으로 생각되곤 하지만, 끊임없이 스스로를 새롭게 하는 살아있는 조직이다. 신체가 휴식 중일 때조차 근섬유는 오래된 부분을 분해하고 새로운 것으로 교체하며, 이 과정에는 신선한 재료의 꾸준한 공급이 필요하다. 수십 년 동안 과학자들은 위성 세포(satellite cells)라고 알려진 특정 근육 줄기세포 집단이 이러한 유지 관리를 담당하는 주요 일꾼이라고 믿어 왔다. 그러나 최근의 연구는 근섬유를 둘러싼 환경, 특히 근육에 영양을 공급하는 미세 혈관이 똑같이 중요한 역할을 한다는 점을 시사했다. 이 혈관들은 혈액 공급을 안정적으로 유지하도록 돕는 지지 세포층으로 둘러싸여 있으며, 근육 회복에도 기여할 수 있다. 이러한 다양한 부분들이 어떻게 함께 작동하는지 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜냐하면 근육량과 근력이 감소하는 현상인 근감소증(sarcopenia)은 고령 인구의 허약함과 사망의 주요 원인이기 때문이다.
일본의 아사히카와 의과대학교 연구팀은 이제 이 생물학적 이야기의 더 깊은 층을 밝혀냈다. 그들은 NG2라는 단백질을 발현하는 특정 유형의 지지 세포에 주목했다. 이 세포들은 인체의 가장 작은 혈관인 모세혈관을 감싸고 있으며, 신경이 근육과 연결되는 접합부 근처에도 존재한다. 과학자들은 만약 이 NG2 세포들이 체내에서 장기간 제거된다면 어떤 일이 벌어질지 알고 싶었다. 이를 위해 그들은 유전 기술을 사용하여 생쥐에서 이 세포들을 선택적으로 제거했다. 결정적으로, 그들은 단 한 번만 제거한 것이 아니라 몇 달 동안 2주마다 이 과정을 반복했다. 이 접근 방식은 신체가 소실된 세포를 단순히 보충하는 것을 방지하여, 연구자들이 세포 부재에 따른 진정한 장기적 결과를 관찰할 수 있도록 설계되었다.
결과는 극적이었으며, 이전에는 충분히 인식되지 못했던 취약성을 드러냈다. 생쥐들은 처음 두 달 동안은 건강해 보였으나, 세포 제거를 반복한 지 3개월이 지나자 갑작스럽고 심각한 쇠퇴가 시작되었다. 동물들은 상당한 체중을 잃었고, 구부정한 자세를 보였으며, 높은 사망률을 보이기 시작했다. 연구진이 죽은 생쥐의 폐를 조사했을 때, 기도에 머리카락과 같은 이물질이 박혀 있는 염증 징후를 발견했다. 이 패턴은 생쥐들이 흡인성 폐렴(음식물이나 액체가 실수로 폐로 들어가는 질환)을 앓고 있음을 강력하게 시사했다. 원인은 삼킴과 자세에 관여하는 근육의 실패로 보였다. 등을 곧게 펴주는 척추 주변 근육과 삼킴을 조절하는 목과 턱의 근육이 위축되고 약해진 것이다. 이 근육들이 제대로 기능하지 못하면서 생쥐들은 머리를 들거나 안전하게 음식물을 삼킬 수 없게 되었고, 이는 치명적인 폐 감염으로 이어졌다.
이 발견을 특히 놀랍게 만든 것은 근육 손실이 과학자들이 이전에 예상했던 규칙을 따르지 않았다는 점이다. 지구력과 자세 유지에 사용되는 느린 수축(slow-twitch) 근육이 빠른 속도를 내는 빠른 수축(fast-twitch) 근육보다 이러한 지지 세포에 더 많이 의존한다는 것이 오랫동안 정설이었다. 그러나 이번 연구는 NG2 세포가 근육의 종류와 관계없이 모든 근육 그룹에 필수적이라는 것을 보여주었다. 실패한 근육들은 섬유의 유형이 아니라, 얼마나 풍부하게 혈관이 공급되는지에 따라 결정되었다. 턱과 목의 빠른 수축 근육을 포함하여 위축된 근육들은 미세한 모세혈관과 그 주변을 둘러싼 NG2 세포들로 가득 차 있었다. 반면, 혈관이 적은 다른 빠른 수축 근육들은 비교적 건강한 상태를 유지했다. 이는 지지 세포에 대한 필요성이 근섬유의 유형 자체가 아니라 국소적인 혈액 공급에 의해 결정된다는 것을 나타낸다.
추가 조사 결과, NG2 세포의 손실은 신경과 근육 사이의 연결 또한 손상시킨다는 것이 밝혀졌다. 신경 접합부라고 불리는 이 연결 부위는 신경 신호가 근육에 수축하라고 명령하는 통신 허브이다. NG2 세포가 결핍된 생쥐들의 경우, 이 접합부들은 파편화되고 불안정해졌다. 연구진은 NG2 세포가 단순히 혈관을 보조하는 수동적인 존재가 아니라, 신경-근육 연결의 건강을 유지하는 데 적극적으로 참여하는 존재라는 것을 발견했다. 이 세포들이 사라지자 신경 신호는 신뢰할 수 없게 되었고, 근섬유는 점차 소실되기 시작했다. 영향을 받은 근육들에 대한 유전자 분석은 세포들이 구조를 유지하는 데 어려움을 겪고 있으며, 재생 과정을 완료하지 못한 채 미성숙한 상태로 되돌아가고 있음을 보여주었다.
이 연구는 인체가 이러한 지지 세포의 손실을 보완할 수 있는 능력이 제한적임을 시사한다. 초기에는 다른 세포들이 그 빈자리를 채우려 노력할 수 있지만, 반복적인 고갈의 스트레스 하에서는 이 백업 시스템이 결국 무너진다. 일단 임계치를 넘어서면 미세혈관 네트워크가 붕괴하고, 신경 연결이 끊어지며, 호흡이나 삼킴과 같은 생명 유지에 필수적인 근육들이 기능을 상실하기 시작한다. 이 연구는 근육의 건강이 오직 근세포 자체나 단일 유형의 줄기세포에만 달려 있다는 단순한 관점에 도전한다. 대신, 미세 혈관과 이를 영양 공급하는 주변 지지 세포가 근섬유만큼이나 중요한, 복잡하고 상호 의존적인 시스템임을 강조한다. 이 연구는 노화와 질병 과정에서 왜 특정 근육이 실패하는지에 대한 새로운 틀을 제공하며, 근기능 저하와 사망으로 이어지는 심각한 쇠퇴를 막기 위한 핵심 목표로서 미세혈관 환경을 지목하고 있다.
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