상피 장벽의 구세주? “자기 축소” 메커니즘이 보여주는 상처 치유와 재생 의료의 미래

**노스웨스턴 의과대학(Northwestern Medicine)의 연구팀은 상피 조직이 과밀 상태에 빠졌을 때,** 세포가 비가역적인 "세포 배출(cell extrusion)"을 피하기 위해 아포면(세포의 외부 표면)을 "스스로 줄이는" 놀라운 메커니즘――매크로피노사이토시스(macropinocytosis)――을 발동하고 있다는 것을 밝혀냈습니다. 발표는 Nature Communications지 2025년 6월 23일호에서 이루어졌으며, Phys.org와 Northwestern University 공식 사이트 등이 자세한 내용을 전하고 있습니다.

phys.orgnews.feinberg.northwestern.edunature.com

매크로피노사이토시스란, 본래 암세포 등이 영양을 대량 섭취할 때 사용하는 "주변을 통째로 삼키는" 대담한 흡수 경로입니다. 이번에 연구자들은 개구리 배아(Xenopus) 표피를 모델로, 액틴으로 둘러싸인 고리 모양 구조가 아포면에 나타나고, 그곳을 기점으로 세포막이 내부로 함몰되는 모습을 라이브 이미징으로 기록했습니다. 그 결과, 아포 면적은 한 번에 20~40% 축소되며, 주변 세포 간의 장력 균형이 재구축됨으로써 세포 배출을 피할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다.phys.orgnature.com

더욱이, 매크로피노사이토시스 억제제(EIPA 등)를 투여하면 세포 배출 빈도가 유의하게 증가합니다. 이는 "아포면 축소 → 과밀 완화 → 배출 불필요"라는 시퀀스가 파탄 났다는 증거이며, 매크로피노사이토시스가 "안전 밸브"로서 기능하고 있음을 뒷받침합니다. 시니어 저자인 Brian Mitchell 부교수는 "조직에 있어 세포 배출은 고비용이며 비가역적이다. 매크로피노사이토시스는 '경상으로 끝내는' 두 번째 선택지다"라고 설명합니다.news.feinberg.northwestern.edu

상피세포의 과밀은 염증, 상처 치유, 종양 형성 등 다양한 상황에서 발생합니다. 배출된 세포는 면역 세포의 "먹이"가 되어 조직 장벽이 일시적으로 약해집니다. 따라서 이번 발견은 만성 염증성 장질환(IBD)이나 폐섬유증 등 상피 장벽 장애를 동반하는 질환의 이해와 치료 전략에 파급 효과를 가져올 가능성이 높습니다. 실제로 Nature Communications 논문의 논의에서는 "장 오르가노이드나 기도 오르가노이드에서도 유사한 메커니즘이 작동하는지를 향후 검증할 계획"이라고 밝혔습니다.nature.com

발견의 열쇠가 된 것은 기계적 스트레스의 센싱입니다. 과밀 상태가 되면, 세포 간 접착 장치(데스모좀 등)에 걸리는 장력이 증가하고, 하류에서 RhoGTPase/Rac1 계가 활성화됩니다. 이것이 액틴 링을 유도하고, 매크로피노사이토시스를 유발한다는 모델이 제안되었습니다. 위 그림(이미지 캐러셀 참조)은 데스모좀의 구조를 나타내는 개략도입니다.

SNS의 반응과 에코

• X(구 Twitter)

  • Mitchell Lab 공식 계정은 "Apical Size Reduction by Macropinocytosis Alleviates Tissue Crowding"이라는 제목의 트윗을 올리고, 형광 라이브 비디오를 첨부했습니다. "포스트독 Enzo Bresteau가 주도한 쾌거!"라고 축하했습니다.twitter.com

  • 세포 생물학자 @myosinactncrazy는 "암세포에서 악용되는 경로를 정상 세포가 '선용'하고 있는 것이 흥미롭다"고 댓글을 달았고, 면역학자나 암 연구자들로부터도 답글이 이어졌습니다.twitter.com

• LinkedIn

  • Technology Networks 기사(6/25 공개)에는 24시간 만에 "좋아요!"가 1,200개 이상 모였고, 바이오텍 기업의 연구자들로부터 "오르가노이드-온-칩으로 재현하고 싶다"는 의견이 나왔습니다.technologynetworks.com

• Reddit /r/science

  • "세포는 '스스로 퇴거'하거나 '집을 좁히는' 두 가지 선택이 있었다니!"라는 스레드가 열리고, 몇 시간 만에 400개 이상의 업보트를 얻었습니다. "만약 장 상피에서 같은 현상이 일어난다면, 크론병의 새로운 타겟이 될지도 모른다"며 논의가 뜨거워졌습니다(게시물은 현재 아카이브 대기 중).

의학 및 산업 응용의 잠재력

1. 재생 의학

   • 인공 피부나 상피 오르가노이드의 장기 배양에서는 과도한 배출이 괴사나 박리를 초래합니다. 본 메커니즘을 유도하는 약물 스크리닝을 통해 조직 수명을 연장할 가능성이 있습니다.

2. 암 치료

   • 암세포는 매크로피노사이토시스로 영양을 빼앗는 "악용 모드"를 가지고 있기 때문에, 정상 조직에서의 "선용 모드"와 대조함으로써 선택적 억제제 개발의 힌트가 될 수 있습니다.

3. 드러그 딜리버리

   • 매크로피노사이토시스를 통한 고분자 흡수 경로를 개척하면, 핵산 의약품이나 백신의 경상피 전달 효율을 높일 수 있습니다.

향후 연구 과제

• 분자 메커니즘의 상세 해명: Rho/Rac GTPase에서 액틴 링 형성까지의 신호 카스케이드.

• 조직 특이성: 장, 기도, 각막 등 물리적 스트레스의 종류가 다른 환경에서의 범용성.

• 병리적 조건 하에서의 행동: 염증 사이토카인이나 저산소 환경이 매크로피노사이토시스에 미치는 영향.