[비즈월드] 국내 한 기업 연구진이 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)과 깊은 관련이 있는 것으로 알려진 ‘폐섬유증’ 치료에 효과가 줄 수 있는 새로운 균주 개발에 성공해 특허까지 등록받았다.

비즈월드가 확인한 결과 ㈜녹십자웰빙은 올해 5월 22일 출원한 특허를 단 3개월만인 지난 9월 3일 등록까지 받았다. 이는 한국형 워크스루 때처럼 특허청이 등록 절차를 신속하게 처리해 일반적으로 출원 후 6개월 이상 걸리는 특허 등록기간을 절반이상 단축한 것으로 여겨진다. 

녹십자웰빙 연구진은 해당 발명에 대해 “호흡기 질환 치료 또는 개선 효과가 우수한 신규한 ▲수탁번호 KCCM12698P로 기탁된 Lactobacillus plantarum GCWB1001 균주 ▲수탁번호 KCCM12699P로 기탁된 Pediococcus acidilactici GCWB1085 균주 ▲또는 수탁번호 KCCM12700P로 기탁된 Lactobacillus rhamnosus GCWB1156 균주를 제공한다. 또 상기 신규한 균주 중 어느 하나를 포함하는 염증 질환 또는 호흡기 질환의 치료 또는 개선효과가 있는 약학적 조성물, 건강기능성 식품 조성물 및 프로바이오틱스를 제공한다”라고 설명했다.

당초 연구진은 미세먼지로 인한 호흡기 질환 치료에 대해 연구한 것으로 보여진다. 

미세먼지는 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 10 ㎛ 이하의 입자상 물질로 먼지 직경에 따라 구분하는 PM10은 1000분의 10㎜보다 작은 입자이고, PM2.5는 1000분의 2.5㎜보다 작은 입자를 의미한다.

미세먼지는 입자가 작아 코점막을 통해 걸러지지 않고 흡입 때 폐포 또는 뇌까지 직접 침투가 가능하고 천식, 폐질환 유병률 및 조기사망률을 증가시킨다고 알려져 있다.

특히 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에서는 2013년 미세먼지를 벤젠, 석면 등과 함께 인간에게서 암을 일으키는 것으로 확인된 1군 발암물질로 분류했다.

그 대안이 된 것이 바로 최근 각광받고 있는 '프로바이오틱스'이다.

프로바이오틱스는 사람을 포함한 동물의 위장관 내에서 숙주의 장내 미생물 환경을 개선해 숙주의 건강에 유익한 영향을 주는 살아있는 미생물을 통칭한다.

프로바이오틱스의 일종인 유산균(lactic acid bacteria)은 인체의 소화계에 공생하면서 섬유질 및 복합 단백질들을 분해해 중요한 영양 성분으로 만드는 역할을 수행한다. 

유산균은 탄수화물을 분해하고, 이를 이용해 유산을 만드는 세균으로서, 산소가 적은 곳에서 잘 증식하는 혐기성균이다. 

유산균은 크게 5개 속으로 구분할 수 있는데, 스트렙토코커스(Streptococcus), 락토바실러스(Lactobacillus), 루코노스탁(Leuconostoc), 비피도 박테리아(Bifidobacteria) 그리고 페디오코커스(Pediococcus)로 분류된다. 최근 유산균을 이용한 다양한 질환에 대한 치료효과를 확인하고, 이를 이용한 치료제 개발이 시도되고 있다.

미세먼지는 종래 세균이나 일시적인 중독 또는 다른 물질의 기도 유입에 의한 호흡기 및 폐 손상과 달리 인체 면역력으로 퇴치할 수 없고, 미세먼지가 호흡기를 통해 유입되면 강제로 배출할 방법도 없다. 

또 이런 손상으로 언제 어떤 문제가 발생할지 정확히 알지 못하고 있으므로, 미세먼지로 인해 유도된 기도와 폐의 손상을 예방, 완화, 치료 또는 개선할 수 있고, 이를 통해 유도된 호흡기 질환을 치료할 수 있는 새로운 치료제에 대한 요구가 절실한 상황이다.

호흡기 질환을 일으키는데도 바이러스도 한몫을 한다. 그 종류로는 아데노바이러스(adenovirus), 백시니아 바이러스(vaccinia virus), 헤르페스 단순 바이러스(herpes simplex virus), 파라인플루엔자 바이러스(parainfluenza virus), 라이노 바이러스(rhinovirus), 수두 바이러스(varicella Zoster Virus), 홍역 바이러스(measle virus), 호흡기 세포융합 바이러스(respiratory syncytial virus), 뎅기바이러스(Dengue virus), HIV(human immunodeficiency virus), 인플루엔자 바이러스 등이 있다. 

이외에 코로나바이러스(coronavirus)와 사스로 불리는 ‘중증급성 호흡기 증후군 바이러스(severe acute respiratory syndrome associated virus; SARS-associated virus)’ 메르스로 불리는 ‘중동 호흡기 증후군 코로나바이러스(middle east respiratory syndrome coronavirus; MERS-CoV)’ 등도 포함된다. 

호흡기도는 크게 점막과 기관지평활근이라는 근육으로 이루어져 있고 점막에는 많은 분비샘들이 있어 필요한 분비물을 계속 분비하고 있으며 기관지 평활근이 수축하면 호흡기도가 좁아지게 된다. 매연, 알레르기성 항원, 찬바람, 운동, 호흡기 감염 등 매우 다양한 소인에 의하여 염증반응이 일어나면 분비샘에서 나오는 분비물이 더욱 증가하게 된다. 

이때 분비되는 분비물은 염증으로 인한 삼출성 반응에 의한 것으로 염증성 매개물질 및 뮤신(점액소)의 혼합물로 이루어진 끈적끈적한 점액성 분비물이 대부분이다.

통상 뮤신이 생체를 방어하는 역할을 수행하지만, 천식, COPD, 만성기관지염 [0056] 등의 만성 염증성 호흡기 질환에서는 끈끈한 분비물의 과다생성 또는 과다분비가 관찰된다. 이 분비물의 양과 질 이상은 병리 요인으로 작용해 분비물 축적으로 인해 기관내강 폐쇄, 기도 공기 유입 저해 등을 일으키고, 이로 인해 천명을 동반한 발작적인 기침과 호흡곤란이 심하게 나타나며 발작 때에는 마른기침이 발생되고 흉부압박감을 느끼게 된다. 

바이러스성호흡기 질환으로 인한 폐손상도 이 점액질에 의한 것으로 보고 있다.

폐섬유증은 호흡기 질환의 마지막 단계로서, 병리적, 생리적 과정이 복잡한데, 초기에 폐 염증을 중심으로 대량의 염증세포가 침윤하며 폐포벽이 만성적으로 두꺼워지고, 중기/말기에 콜라겐과 같은 세포외기질 요소의 섬유아세포(fibroblast)에 의한 과잉 침착으로 발생되는 폐조직의 과성장, 폐포 변형, 경화 및 흉터로 인해 정상 폐조직구조가 파괴되어 기능이 상실된다.

섬유아세포는 염증과 조직 손상 부위로의 면역세포 모집(recruitment)에 역할을 한다. 게다가 섬유아세포는 많은 염증성 사이토카인을 생성하며 그에 반응한다. 

따라서 섬유아세포는 만성 염증에 기여할 수 있으며, 역으로 염증성 사이토카인은 섬유아세포의 근섬유아세포로의 전환을 촉진시켜 섬유증을 촉진한다. 따라서 폐조직의 부상이나 염증은 폐섬유증으로 이어질 수 있다.

폐섬유화가 진행되는 환자의 폐조직에서 TGF-β 자극은 ROS 생성 증가를 유발하고 섬유화에 중요한 콜라겐(collagen)과 α-SMA(a-smooth muscle actin)의 발현이 증가됨이 보고되었으며, 특발성 폐섬유증 환자의 폐조직에서 ROS로 인해 폐섬유화증이 악화되는 것으로 보고되어 있다.

녹십자웰빙이 이번에 특허를 받은 균주는 기침 모델 마우스에서 진해·거담 작용을 유도할 뿐 아니라, 만성 호흡기 질환 동물모델에서 산화 스트레스를 억제해 염증성 사이토카인의 발현을 억제하고, MMP-9 발현도 억제해 염증반응에 관여하는 면역세포의 폐 조직 및 기관지 폐포 세척액 내 침착을 막고, 점액질 단백질 생성 및 콜라겐 생성을 억제, 궁극적으로는 폐섬유증 개선효과를 보였다는 것이다.

녹십자웰빙 연구진은 “본 발명의 구현예에 따르면, 락토바실러스 플란타럼 GCWB1001(KCCM12698P), 락토바실러스 람노서스 GCWB1156(KCCM12700P)와 페디오코커스 에시디락티시 GCWB1085(KCCM12699P) 균주는 항염 효과를 가지고, 실제 동물실험에서 진해·거담 효과 및 만성호흡기 질환에서의 폐기능을 개선하는 효과를 나타냈다고 설명했다.

이들 4종의 균주는 각각 김치, 치즈 및 유아의 분변에서 분리됐으며 각 균주는 마우스 폐 대식세포(MH-S 세포주)에서 세포 독성을 나타내지 않으며, 사이토카인인 TNF-α 및 TGF-β의 분비를 감소시키는 효과가 있는 것으로 실험결과 드러났다.

해당 균주들은 모두 미세먼지에 의해 증가된 염증인자인 NO (일산화질소), ROS(활성산소종) 생산을 감소시켰다. 또 염증성 전사인자인 NF-κB 및 iNOS, COX2의 promoter 활성도 감소시켰다. 염증 질환 또는 호흡기 질환에 대해 완화, 예방 또는 치료효과까지 나타냈다고 녹십자웰빙 연구진은 밝혔다.