천식 및 알러지 질환에 있어서 진단용 바이오 마커 유전자및 이를 포함하는 디엔에이칩 document_id A220623056502

최근, 유전체학, 특히 여기서 파생된 분야인 독성유전체학은 특히 생물학적 시스템에서 유전자 발현에 대한 화학제와 약제의 효과에 대한 연구를 가능하게 하는 빠르게 발전하는 기술로 보인다 (Corvi 2002). 독성학에 대한 디엔에이칩 기술의 폭 넓은 적용은 독성 화학제의 다양한 바이오마커를 생산할 가능성이 있는 전통적인 독성학적 방법들과 병합하여 효율적인 연구 도구를 제공해왔다. 따라서, 본 발명에서는 대기오염물질에 노출된 천식, 아토피 질환에 있어서 어떤 생체지표들이 질환과 관련되어 있는지를 밝혀내기 위하여 DNA chip을 이용한 유전체 분석을 수행하였다. 대기오염에 의한 건강장해는 크게 3가지로 나눌 수 있다. 첫째는 이미 잘 알려진 천식과 같은 호흡기 질환이고, 둘째는 심장질환이다 (Pope et al, 2004). 세 번째는 알러지 면역반응이다 (Granum 0026# Lovik, 2002). 대기 오염 물질에 의한 호흡기 질환이 발생되는 가장 중요한 기전은 폐 상피세포의 염증과 사이토카인 생산 증가이며 이런 반응의 가장 중요한 기전은 산화 스트레스(oxidative stress)이다 (Stringer 0026# Kobzik, 1998). 최근 문제가 되고 있는 실내 오염에 의한 화학물질 증후군은 기존의 Sick Building Syndrome이나 Multiple Chemical Sensitivity와 유사한 것이지만 정확한 원인이나 인체 영향을 평가하는 방법이 정립되어 있지 않다. 그러나 실내오염을 일으키는 다양한 실내 오염물질들은 산화 스트레스를 일으키는 것으로 보고되고 있다. m-Xylene등의 VOC (Coleman et al., 2003), 담배연기(Howard et al, 1998), 중금속(Merzenich et al, 2001), 조리용 기름 흄(Tung et al, 2001) 등 다양하며 방사성 오염물질의 경우도 산화 스트레스가 주된 기전이다 (McBride et al, 2003). 1980년대 이후 나타난 Multiple Chemical Sensitivity의 경우 아직 원인을 잘 밝히지 못하고 있고, 정신적인 측면에 영향을 받는 것으로 연구 보고되고 있다 (Lee et al, 2003; Shinohara et al, 2004). 따라서 다양한 실내 및 대기오염 물질에 의한 주요 질환은 천식으로 대표되는 호흡기 질환, 알러지, 아직 연구가 많이 진행되지 않은 화학물질 증후군으로 대별할 수 있으며, 이런 질병들을 평가하기 위해서는 산화스트레스와 면역이상에 대한 내용이 중심이 될 수 있다. 그러나 이런 질병 자체 뿐 아니라 산화스트레스, 면역이상 등은 실내 및 대기오염 이외에도 다른 원인들에 의해서 나타날 수도 있으며, 예를 들어 집안에 있는 진드기의 경우 알러지를 일으키는 대표적인 사례이기도 하다 (Eriksson et al, 1999). 또한 실내 및 대기 오염 물질의 양, 분포, 종류 등에 따라 다른 양상을 보일 수 있고, 여러 오염물질들이 산화손상을 일으키지만 분자적 수준에서의 표적은 다를 수 있다 (Halliwell 0026# Cross, 1994). 같은 수준의 오염물질에 노출된다고 하더라도 산화스트레스에 대한 감수성은 유전적 차이를 보이고 있으며 (Forsberg et al, 2001), 개인적인 감수성과 연관되는 양상을 파악하기 위해서 DNA chip 기법등을 통해 유전적 발현의 차이를 비교 평가하여 그에 따른 질환과 관련된 유전체 바이오마커를 개발할 필요가 있다. 또 다른 측면에서, 실내 및 대기오염물질에 의해 새롭게 질병이 나타날 수도 있지만 기존의 질병이 악화되어 나타나므로 이에 대한 평가도 필요하다 (Stringer 0026# Kobzik, 1998). 나. 국내외 관련기술의 현황 1) 국외 무엇보다도 환경오염과 알러지에 대하여도 많은 연구들이 이뤄지고 있으며, 특히 어린이들에 대한 연구들이 중점을 이루고있다 (Richter 0026# Pfeifer, 1993; Rumiantseva 0026# Dmitriev, 1999). 또한 대기 환경오염물질에 의한 기관지 염증 및 천식에 대한 연구로는 이 질환의 치료를 목적으로 IgE의 생성을 억제하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 영국의 Southampton 대학에서 인간화된 IgE 항체 (mAb-E25)를 이들 질환의 치료에 적용하는 시도가 있었으나 그 효과는 미미하였으며 흥미롭게도 같은 대학의 Salvi등은 현재 천식의 치료에 효과적인 약물로 알려진 glucocorticoids나 β 2-adrenergic 수용체의 antagonist는 천식의 증상을 완화시킴에도 불구하고 IgE의 양은 현저히 증가시킨다고 보고했다. 한편, 알레르기 항원에 의해 유도된 기관지 과민반응 동물모델에서 IL-4와 IL-13을 생성하는 NKT 세포의 역할에 대해 연구한 결과를 미국 Stanford 대학에서 2003년 3월 30일 Nature Medicine에 발표하였고 알레르기 항원에 특이적인 Th1 세포가 Th2 세포에 의해 유발된 기도 과민반응을 억제하지 못하고 오히려 더 심한 기도 염증을 야기 시킨다는 연구결과를 미국 Stanford 대학에서 보고하였다. 이런 연구 결과들을 통해 환경오염물질에 의한 알러지 반응기전에 대한 이해를 확대시키고 있다. 각각의 노출평가 기법과 건강영향평가 기법에 대한 연구들은 다수 보고되고 있으며, 가정 단위로 종합적으로 노출을 평가하는 연구는 유명한 미국의 National Human Exposure Assessment Survey (NHEXAS) 연구가 있으나 (Walker et al, 2003; Calyton et al, 2002). 종합적으로 다양한 노출지표와 건강영향 지표를 동시에 평가한 연구는 찾을 수 없었으며, 유전체 및 단백체 연구를 함께 실시한 연구도 찾을 수 없었다. 2) 국내 국내 학술지에 보고되는 실내 및 대기오염 관련 연구는 역학적인 연구이거나 위해도 평가 중심의 연구가 대부분이며 (이종태, 2003; 임현준 등, 2003; 김예신 등, 2003), 국내 연구자들에 의해 국제 학술지에 보고된 연구들은 양미희 등(2003)이 유전적 다양성이 PAH 노출에 의한 요중 1-hydroxypyrene에 미치는 영향에 대한 연구 등이 있으나 실내 및 대기오염 노출평가 및 분자적 수준의 산화스트레스에 대한 전반적인 영향 평가를 연구한 것은 찾을 수 없었다. 독성물질에 의한 세포실험이나 동물실험을 제외하면 실내 및 대기오염 물질에 의한 사람의 폐질환 및 천식의 분자역학적 연구는 찾을 수 없었으며, 서울대 연구팀은 알레르기 rhinitis 환자에서 methacholine에 대한 기관지 과민반응 보다는 염증매개물질에 의한 최대한의 기도반응의 증가 여부가 천식으로의 발달을 예측할 수 있는 지표가 된다는 논문을 발표하였다. 다. 국내외 유사기술과의 차별성 국내외 관련 연구들 중 가장 유사한 연구는 미국의 NHEXAS 연구로서 가정 단위에서 전체 가족들에 대한 노출평가 연구를 수행한 것이다. 그러나 NHEXAS연구는 노출 중심의 연구이고, 노출에 의한 건강영향을 직접적으로 평가하지 않았다. 본 발명는 산화스트레스와 면역 기능 중심으로 천식, 아토피등의 환자군과 대조군을 비교평가하고, 관련된 유전적 요인 등을 유전자 발현 양상을 평가하여 기존의 노출평가와 더불어 종합적인 인간 영향 평가를 하기위한 유전체 바이오마커에 대한 것이다. 라. 발명의 상업화 가능성 천식과 같은 호흡계 질환 및 알러지의 면역이상질환 그리고 환경 화학물질 민감자들에 대한 환경오염물질 추적체계구축 및 인간 영향 평가 상관성 연구로 얻어진 각 질환별 특이 생물지표를 이용하여 민감도가 높은 단일클론항체들을 개발하여 probe를 제조함으로써 인체건강 영향평가에 대한 신속성,정확성과 함께 많은 일반인들이 간편하게 이용할 수 있는 인간 영향 평가 진단 kit로의 개발 및 사업화 가능성이 높을 것으로 전망된다. 또한 종합적인 노출-영향 평가를 통해 실내 및 대기오염 물질 노출과 관련된 비교적 특이적인 영향 지표를 개발하고, 환경 대기 오염 물질로 인한 호흡기질환, 알러지 환자 및 화학물질 민감자에 관련된 집중적인 cytokine 발현연구를 통한 새로운 면역 관련 유전체 생체지표들을 개발하여 위의 특이 질환에 대한 유전체 칩 등을 개발할 수 있는 사업화 가능성이 있다. 마. 기술개발시 예상되는 파급효과 및 활용방안 산화스트레스를 종합적으로 평가할 수있는 새로운 유전체 바이오마커를 개발함으로써 실내 및 대기오염 물질 특이적인 산화손상 기전을 밝히는 기초적인 연구결과를 제공할 수 있다. 산화손상은 많은 질병의 원인이 되고 있기 때문에 실내 및 대기오염에 의한 산화손상 정도를 파악하는 것은 산화손상과 관련된 질환을 이해하고 예방하는 방법을 제공할 수 있다. 따라서 산화손상 중심으로 천식, 아토피등의 건강영향을 예방적차원에서 모니토링할 수 있는 방법을 개발하여 국민 건강 증진에 이바지할 수 있다. 알러지등의 면역질환은 선진국에서 계속 증가되고 있는 질환으로 환경오염이 중요한 원인으로 알려져 있으나 정확한 기전에 대한 연구가 부족한 실정이다. 이 연구는 실내 및 대기오염에 대한 전체적인 평가와 새로운 면역지표에 대한 연구를 통해 새롭게 증가되는 면역질환의 기전을 이해하고 예방할 수 있는 연구결과를 도출하여 건강영향을 모니토링 할 뿐 아니라 면역질환의 예방과 치료에 크게 기여할 수 있다.