초미세먼지(PM2.5)는 말초혈액까지 침투해 인체의 모든 장기와 조직에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 1급 발암물질이다. 전 세계적으로 연간 500만~800만 명이 이로 인해 사망하는 것으로 추정된다. 초미세먼지 노출에 따른 주요 사망 원인으로는 폐암, 심혈관 질환, 만성 폐 질환 등이 지목되고 있으며, 특히 고령자와 만성질환자의 사망률이 두드러지게 높다. 따라서 급격히 진행되는 고령화 사회에서 초미세먼지가 생명 유지 기전에 미치는 영향을 규명하는 연구는 매우 중대한 과제다.

이러한 가운데 전북대학교 연구진이 동물모델을 활용하여 초미세먼지 노출과 노년기 높은 폐암 발병률 사이의 병리학적 연관 기전을 새롭게 밝혀내 세계 학계의 주목을 받고 있다.

전북대 국성호 교수(대학원 생리활성소재과학과)와 이정채 교수(치의학과) 공동 연구팀은 고령 생쥐 및 프리온 단백질(PrPC) 결핍 동물모델을 통해 초미세먼지 노출이 수명 단축과 폐암 발생을 유도하는 구체적인 기전을 입증한 연구 결과를 발표했다고 지난 27일 밝혔다.

연구팀에 따르면, 젊은 생쥐에 비해 고령 생쥐의 폐에서는 PrPC와 Sirt1 단백질의 발현 수준이 저하된 반면, HIF-1α의 발현은 오히려 증가한 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 양상이 초미세먼지 노출 후의 사망률 급증 및 폐암 발생 감수성 증대와 밀접하게 연관되어 있음을 확인했다.

특히, PrPC가 결핍된 생쥐가 초미세먼지에 노출될 경우 ‘Sirt1-p53-HIF-1α’ 신호 전달 경로에 조절 이상이 발생하며, 이것이 폐기종, 저산소증, 혈관 신생 및 종양 발생을 연쇄적으로 촉진한다는 사실을 명확히 입증했다.

아울러, 이온과 유기산 위주의 초미세먼지보다 중금속 및 다환 방향족 탄화수소(PAHs)가 풍부한 초미세먼지가 폐암을 훨씬 더 공격적으로 유발한다는 점도 밝혀냈다. 이는 미세먼지의 특정 화학적 구성 성분이 폐암의 발생률 및 진행 속도를 결정짓는 주요 인자임을 시사한다.

이번 연구는 노년기 초미세먼지 노출과 프리온 단백질, 그리고 폐암 발생 간의 인과관계를 장장 4년에 걸친 장기 추적 관찰을 통해 증명했다는 점에서 학술적 가치를 높이 평가받고 있다. 해당 성과는 우수성을 인정받아 환경과학 분야의 세계적 권위지인 'Environmental Science & Technology(IF=11.3)' 최신호에 게재됐다.

국성호·이정채 교수는 “한국의 초미세먼지 오염도가 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 1위를 기록하고 있는 현실을 고려할 때, 이번 연구가 시사하는 바가 매우 크다”며, “초미세먼지로 인한 폐암 발생 및 진행은 연령과 미세먼지의 구성 성분에 크게 좌우되므로 고령층에 대한 각별한 관리가 필수적”이라고 강조했다.

이어 “노화 및 유전적 변이로 인해 저하된 PrPC 발현량이 향후 대기오염 기인 폐 질환 및 폐암의 감수성을 진단하는 바이오마커로 활용되는 것은 물론, 질병의 예방 및 치료제 개발에도 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 전북대 큐티투장 박사(생리활성소재과학과)와 심현정 박사(생리활성소재연구소)가 공동 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업을 통해 수행되었다. /김재훈 기자