Research

감각, 이온 채널, 그리고 가려움증

우리 실험실은 가려움증의 다양한 측면 중 주로 신경계, 그 중에서도 말초신경계 (peripheral nervous system)에서 벌어지는 다양한 분자 기전을 규명하는 것을 목표로 연구를 수행하고 있습니다. 일반적으로 감각은 말초신경말단에서 전기적인 신호로 변화하여 척수(spinal cord)를 지나 뇌의 특정 영역에 도달하게 되며, 최종적으로 이를 인지하게 됩니다. 지금 이 순간에도 다양한 기계적, 물리적, 화학적인 자극들은 말초감각신경에서 즉각적으로 전기적인 신호로 번역되어 중추신경계로 이를 전송되고 있습니다.

이처럼 외부 자극의 전기 신호로의 번역 과정에는 이온 채널 (ion channel)이 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 이온 채널이란 세포막에 존재하는 막단배질의 한 종류인데, Na+, K+. Ca2+. Cl-과 같은 이온들을 세포 안팎으로 통과하게 해주는 통로 역할을 하고 있습니다. 이러한 이온 채널들은 자극이 없을 때에는 닫혀 있다가 (inactive), 특정 이온 채널에 꼭 맞는 자극이 주어지면 비로소 열리게 되며 (active), 이 때 통로가 열리면서 이온의 흐름이 발생, 최종적으로 전기적인 신호를 만들게 됩니다.

예를 들어서 생각해 볼까요? 가령, 고춧가루를 먹거나 뜨거운 물을 만지면 맵다 및 뜨겁다라는 감각(sensation)이 유발된다는 것을 우리는 잘 알고 있습니다. 그런데 이러한 감각은 과연 어떻게 인지되는 것일까요? 특히 앞서 설명에 따르면 이온 채널이 중요한 역할을 담당하고 있다는 데 과연 그럴까요? 

2022년 노벨생리학상을 수상한 David Julius의 연구 결과에 따르면, 위에서 예시한 뜨겁거나 매운 자극을 전기신호로 바꿔주는 이온 채널은 TRPV1이라 불리는 이온 채널때문인 것으로 밝혀졌습니다. TRPV1 이온 채널을 세포에 발현 시킨 다음 고추의 매운 성분인 캡사이신 (capsaicin)을 처리하면 세포 안으로 급격히 양이온들이 들어가는 것이 확인되었습니다. 또한, 43°C 이상의 열자극을 주어도 마찬가지로 TRPV1이 활성화되어 세포 안으로 이온의 흐름이 형성됩니다. 매운 것을 먹고 나면 쉽게 더워 지는 이유는 바로 이 두 자극이 동일한 이온 채널인 TRPV1을 자극했기 때문입니다. 영어로 덥다와 맵다를 뜻하는 hot이라는 단어는 결국 TRPV1 이온 채널의 활성화를 뜻하는 단어였던 셈입니다.

우리 실험실에서는 중요한 감각 중 하나인 가려움증 (itch, pruritus)과 이온 채널 및 G protein-coupled receptor (GPCR)과의 상관관계에 대하여 다양한 연구를 진행하고 있습니다. 가려움증의 대표적인 질병으로 아토피성 피부염을 들 수 있는데, 환자의 수는 해마다 증가하고 있지만, 많은 환자들이 참을 수 없는 가려움증으로 힘들어 하는 대표적인 난치성 질환입니다. 혹자는 “아픈 것은 참아도 가려운 것은 못 참겠다”는 말을 공공연하게 할 정도로 극심한 가려움증은 통증 이상의 고통을 동반합니다. 가려움증은 항상 긁는 행위를 동반하게 되는데, 극심한 가려움의 경우 긁는 행위가 단지 가려움을 일시적으로 없애는 작용에 멈추지 않고, 주변 부위의 상처를 동반하는 등 이차적인 감염과 가려움증을 유발하게 됩니다. 그래서 또다시 가려움증이 생기게 되고 또 다시 긁게 되는 악순환 (vicious cycle)에 들어가게 되어 헤어나기 힘든 상태에 빠지게 됩니다.

안타깝게도 가려움증 완화 목적으로 사용하는 치료제의 효과가 기대에 못 미치거나 심한 부작용을 동반하기 때문에 새로운 개념의 치료제 개발이 절실합니다. 앞서 설명하였듯이 감각과 이온채널의 상관관계를 바탕으로 가려움증에 대한 작용 기전을 이해하게 된다면, 아토피성 피부염과 같은 난치성 가려움증 관련 질병의 치료에 한 발자국 더 다가갈 수 있을거라 생각합니다.