관절 속 '미세플라스틱'…류마티스관절염 악화 원인

류마티스관절염 환자의 관절 속에 미세플라스틱이 실제로 존재하며, 자가면역질환을 악화시키는 인자로 작용하는 것으로 밝혀졌다.

유승아 가톨릭의대 교수팀(의생명과학교실), 포스텍-가톨릭대의생명공학연구원, 김영민 대구대 교수 공동연구팀이 미세플라스틱이 면역계를 자극해 관절염을 악화시키는 과정을 과학적으로 규명했다. 이번 연구는 환경보건 분야 국제학술지 Journal of Hazardous Materials(IF 11.3)에 됐다. 논문 제목은 Polystyrene microplastics activate NF-B/MAPK signaling in synovial fibroblasts, promoting inflammation and joint destruction in rheumatoid arthritis.

이번 공동 연구는 유승아 교수(공동 교신저자), 이수현 연구원(제1 저자), 김완욱 포-가의생명공학연구원 교수(공동 교신저자서울성모병원 류마티스내과), 김영민 대구대 환경기술공학과 교수를 포함한 다학제 연구로 진행됐으며, 환자 샘플 분석, 세포 실험, 동물 모델 실험을 연계한 세밀한 연구 전략으로 미세플라스틱의 면역독성 작용을 다각적으로 분석했다.

류마티스관절염은 우리 몸의 면역체계가 자신의 조직을 오해하고 공격해 만성적인 관절 염증을 일으키고, 연골과 뼈를 손상시키는 대표적인 자가면역질환이다. 그동안 유전적 원인과 면역 반응에 대한 연구는 활발했지만, 질병을 악화시키는 환경 요인에 대한 과학적 근거는 충분하지 않았다. 연구팀은 바로 이 미해결 영역에 집중했다.

연구팀은 류마티스관절염 환자의 활액(관절을 둘러싼 활막에서 분비되는 관절액synovial fluid)을 정밀 분석하는 데 성공했다. 미세플라스틱의 성분을 분해측정해 정확한 정량이 가능한 첨단 장비인 Py-GC/MS/MS으로 분석한 결과, 생활용품 등에서 널리 사용되는 플라스틱 소재인 폴리스티렌 미세플라스틱(polystyrene microplasticsPS-MPs)을 정량적으로 검출했다. 이번 결과는 그동안 추정만 가능했던 미세플라스틱이 신체 내부 조직에 축적될 수 있다라는 가설을 류마티스관절 조직에서 처음으로 입증한 사례다.

이번 연구는 단순 발견이 아니라, 5m(마이크로미터) 크기의 대표적인 플라스틱 입자인 폴리스티렌 미세플라스틱(머리카락 굵기인 약 70m보다 훨씬 작은 크기여서 쉽게 세포 속으로 침투가 가능)을 이용해, 세포동물 모델 실험까지 확장해 미세플라스틱이 관절염을 어떻게 악화시키는지 원인을 규명하기 위해 체계적으로 면밀히 분석했다.

세포실험(in vitro)에서는 폴리스티렌 미세플라스틱이 류마티스관절염 환자 유래 활막섬유아세포(관절 안쪽을 이루는 세포, RA-FLS)에 내재화돼 NF-B 및 MAPK 신호 경로를 활성화시키고, 염증성 사이토카인(IL-6, IL-8 등)과 조직파괴 효소(MMP3, MMP9)의 발현을 유도하는 한편, 세포의 이동성과 침습성까지 증가시키는 것으로 나타났다. NF-BMAPK는 염증 반응을 조절하는 스위치 역할을 하는 신호 통로로, 이 경로가 활성화되면 염증이 폭발적으로 증가한다.

동물실험(in vivo)에서도 폴리스티렌 미세플라스틱에 장기 노출된 관절염 모델에서 관절 염증이 확연히 악화됐으며, 폴리스티렌 미세플라스틱으로 자극한 류마티스관절염 환자 유래 활막섬유아세포를 이식한 제노그래프트 모델(xenograft model한 종의 세포 또는 조직을 유전적으로 다른 종(주로 면역결핍 마우스)의 숙주에 이식해 이식된 세포의 생존기능병태생리적 효과를 분석하는 동물 모델)에서는 연골 침식과 대식세포 침윤이 유의하게 증가하는 결과를 얻었다.

즉, 미세플라스틱은 단지 있다가 아니라, 단순 환경오염 물질을 넘어 자가면역질환의 병태를 악화시킬 수 있는 인자로 작용함을 최초로 입증했다. 향후 미세플라스틱과 만성질환 간 연관성을 밝히는 선도적 연구로 평가된다.

유승아 교수는 이번 연구는 환경 노출 물질이 인간 면역질환에 미치는 영향을 면역세포와 관절세포 수준에서 규명한 면역독성학(immunotoxicology) 연구라면서 향후 미세플라스틱의 제거차단 전략이나, 질병 악화 예방을 위한 환경 관리 가이드라인 마련에도 기여할 것으로 기대된다라고 전했다.

이번 연구는 학술적 성과뿐 아니라, 환경 문제와 인류 건강을 연결하는 패러다임 전환의 출발점으로, 생활 중 흔하게 접하는 플라스틱이 눈에 보이지 않는 형태로 우리 몸과 질병에 어떤 영향을 줄 수 있는지에 대한 연구에 단초를 제공했다는 평가다.