핵자기공명법을 이용한 담낭계 질환의 대사체 연구

Abstract

연구에서는 핵자기공명법(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)을 이용해 담낭계 질환이라는 표현형의 원인을 찾아 분자적 수준에서 진단하고자 하였다. 일반적으로 담낭계 질환의 진단은 영상학적 방법으로 이루어지지만 최근 연구되고 있는 학문인 대사체학을 접목해 발병 원인을 찾아보았다. 이러한 목적으로 논문에서는 NMR을 이용한 대사체 연구를 진행하였다. 주로 다루고 분야 중에 연구에 사용된 방법은 Metabolic profiling 과정과 Pattern recognition법을 통해 수행하였고, 스펙트럼을 이용한 통계 처리 분석을 이용해 질병을 각 특성에 따라 분리하였다. 대사체 연구에 주로 이용되는 시료는 생체 액(Bio-fluid)으로 명명 하는 혈액, 소변 및 담즙과 같은 물질이며 실험에 쓰인 생체 액은 인체에서 가장 풍부한 생체 액 중 하나인 담즙을 이용하였다. 이러한 담즙을 대사체적으로 분석하면 관련된 대사과정에 대해 확인할 수 있으며 대사체적 구성 성분들은 담낭계 질환(담석, 담낭 용종, 담낭염 그리고 담도암 등)과 매우 밀접하게 관련되어있다는 것을 밝혀냈다.

현재 의학계에서는 초음파와 자기공명영상 그리고 컴퓨터단층촬영과 같은 영상학적 방법을 이용하여 담낭계 질환들을 진단하고 있다. 하지만 어떠한 영상학적 방법도 질환의 원인을 분자 수준에서는 밝혀내지 못하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 담즐을 분광학적 방법을 이용하여 분석하고 저 분자 및 고 분자 대사체 물질의 구조적 정보뿐만 아니라 동역학적 정보를 확인하고자 하였다.

먼저 NMR을 이용한 Metabolic profiling 과정으로는 담즙 시료를 분석해 스펙트럼을 얻어낸 것으로부터 시작하였다. 추가적으로 담즙의 구성 성분을 더 다양한 방법을 통해 분석하기 위하여 심화된 NMR 기법을 적용 하였다. 먼저 1D CPMG filtered 1H스펙트럼과 2D 1H-13C HSQC 스펙트럼을 조합해 담즙 내에 존재하는 23 개의 대사체들을 명명하였다.

Pattern recognition 방법은 다 변량 분석법 중에 하나인 주성분 분석(Principal Component Analysis, PCA)과 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine, SVM)을 이용해 담낭계 질환, 특히 담석증과 용종 환자 군의 분리와 분류과정을 각각 수행하였다. 이러한 분석과정들을 통해 연구팀에서는 담낭계 질환 내에서 계면활성제 역할을 하는 담즙 산(Glycine과 Taurine conjugated bile acid)와 Phospholipid라는 두 분류의 양 친매성 대사체를 밝혀내고 담낭계 질환과의 연관성을 도출하였다.

이러한 연구를 통해 기대할 수 있는 효과로는 차세대 진단방법의 개발 및 질병의 발병기전을 확인할 수 있는 가능성이 제시된다. 현재 고령화 사회로 빠르게 변화 중인 시대 상황을 고려해 관련된 대사성 증후군이 증가되고 있는 실정이다. 대사성 증후군은 비만, 고지혈증 그리고 당뇨병을 의미하는데 연구에서 다루고 있는 담석증도 일부 대사성 증후군과 연관이 있다고 보고된다. 추후 담낭계 질환의 연구를 통해 대사성 증후군의 연구에도 활동 될 수 있는 방안을 모색하면 연구의 응용도 가능할 것이라 예측된다.