비타민 K가 뇌의 자체 치유에 도움이 될 수 있다

일본 시바우라 공과대학의 과학자들은 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 질병으로 손상된 신경 세포를 재생하는 데 놀라운 잠재력을 보이는 강력한 새로운 비타민 K 유사체를 개발했습니다. 출처: Shutterstock

알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병과 같은 신경퇴행성 질환은 신경 세포가 점진적으로 퇴화하고 사멸하는 과정에서 발생합니다. 이러한 뇌세포의 점진적인 손실은 기억력 감퇴, 인지 기능 장애, 운동 장애 등 심각한 증상으로 이어집니다. 시간이 지남에 따라 이러한 질환은 삶의 질을 크게 저하시키고 환자들을 지속적인 치료에 의존하게 만드는 경우가 많습니다. 현재 사용되는 약물은 증상 완화에는 도움이 되지만, 기저 질환을 완전히 멈추거나 되돌릴 수는 없으므로 새로운 치료법의 필요성이 절실합니다. 한 가지 유망한 전략은 신경 세포 분화를 자극하는 데 초점을 맞춥니다. 신경 세포 분화는 손실된 신경 세포를 대체하고 신경 퇴행을 지연시키거나 억제할 수 있는 새로운 신경 세포를 형성하는 과정입니다.

지용성 영양소인 비타민 K는 혈액 응고와 뼈 건강에 중요한 역할을 하는 것으로 잘 알려져 있으며, 최근 뇌세포 발달 및 보호에 미치는 영향으로 주목을 받고 있습니다. 그러나 메나퀴논 4(MK-4)와 같은 천연 비타민 K 형태는 신경퇴행성 질환을 표적으로 하는 재생 치료에 효과적으로 사용하기에는 효능이 충분하지 않을 수 있습니다.

ACS Chemical Neuroscience 에 게재된 획기적인 연구에서 , 일본 시바우라 공업대학 생명과학 및 공학과 연구진은 히로타 요시히사 부교수와 스하라 요시토모 교수가 이끄는 연구진이 더 강력한 신경 활성 효과를 가진 새로운 비타민 K 유사체를 개발하고 시험했습니다. 연구팀은 또한 비타민 K가 신경 세포 분화를 촉진하는 독특한 메커니즘을 발견했습니다.

히로타 박사는 연구 결과를 설명하며 "새롭게 합성된 비타민 K 유사체는 천연 비타민 K에 비해 신경 전구 세포의 신경 세포 분화를 유도하는 데 약 3배 더 강력한 효능을 보였습니다. 신경 세포 손실은 알츠하이머병과 같은 신경 퇴행성 질환의 특징이므로, 이러한 유사체는 손실된 신경 세포를 보충하고 뇌 기능을 회복하는 데 도움이 되는 재생제 역할을 할 수 있습니다."라고 말했습니다.

비타민 K의 생물학적 효과를 높이기 위해 연구팀은 레티노산(신경 세포 분화를 촉진하는 비타민 A의 활성 대사산물), 카르복실산기 또는 메틸 에스테르 측쇄와 결합하여 12개의 하이브리드 비타민 K 유사체를 제작했습니다. 이후 각 화합물이 신경 세포 분화를 얼마나 효과적으로 촉진하는지 평가했습니다.

비타민 K와 레티노산은 각각 스테로이드 및 이물질 수용체(SXR)와 레티노산 수용체(RAR)를 통해 유전자 전사에 영향을 미칩니다. 연구진은 새롭게 개발된 화합물을 처리한 마우스 신경 전구 세포에서 SXR과 RAR의 활성을 측정하여, 하이브리드가 두 모 분자의 생물학적 기능을 유지함을 확인했습니다. 또한 세포 분화를 추적하기 위해 신경 성장 지표인 미세소관 관련 단백질 2(Map2)의 발현을 측정했습니다. 레티노산과 메틸 에스테르 측쇄를 결합한 한 화합물은 대조군에 비해 신경 분화를 3배 증가시켰고, 천연 비타민 K보다 유의미하게 강력한 활성을 보였습니다. 이 강화된 버전은 신규 비타민 K 유사체(Novel VK)로 명명되었습니다.

비타민 K가 신경 세포를 보호하는 방식을 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 신경 줄기세포의 유전자 발현 패턴을 신경 분화를 촉진하는 MK-4로 처리한 세포와 ​​이를 억제하는 화합물로 처리한 세포에서 비교했습니다. 전사체 분석 결과, 비타민 K에 의해 유도되는 신경 분화는 대사성 글루타메이트 수용체(mGluR)를 통해 하위 후성유전학 및 전사 과정을 통해 매개되는 것으로 나타났습니다. MK-4의 효과는 mGluR1과 특이적으로 연관되어 있었습니다. 이전 연구에서는 mGluR1이 시냅스 전달에 중요한 역할을 하며, 이 수용체가 결핍된 생쥐는 신경퇴행성 질환에서 나타나는 것과 유사한 운동 및 시냅스 장애를 경험한다는 것이 밝혀졌습니다.

연구진은 더 깊이 파고들어 구조 시뮬레이션과 분자 도킹 연구를 수행하여 비타민 K 유사체가 mGluR1과 상호작용하는지 여부를 규명했습니다. 실제로, 분석 결과 Novel VK와 mGluR1 사이에 더 강한 결합 친화력이 있는 것으로 나타났습니다. 마지막으로, 연구진은 세포와 생쥐에서 Novel VK의 세포 내 흡수와 생리활성 MK-4로의 전환을 조사했습니다. 그 결과, 세포 내 MK-4 농도가 농도 의존적으로 유의미하게 증가했습니다. 더욱이, Novel VK는 천연 비타민 K보다 MK-4로 더 쉽게 전환되었습니다. 또한, 생쥐를 대상으로 한 생체 내 실험 결과, Novel VK는 안정적인 약동학적 특성을 보였고, 혈액-뇌 장벽을 통과했으며, 대조군보다 뇌에서 더 높은 MK-4 농도를 나타냈습니다.

전반적으로 이 연구는 비타민 K와 그 구조적 유사체가 신경 보호 효과를 발휘하는 메커니즘을 밝혀내어 신경 퇴행성 질환을 지연시키거나 역전시킬 수 있는 새로운 치료제 개발의 길을 열었습니다.

히로타 박사는 연구의 장기적인 함의에 대해 다음과 같이 결론지었습니다. "저희 연구는 신경 퇴행성 질환 치료에 획기적인 접근법을 제시할 수 있습니다. 알츠하이머병의 진행을 늦추거나 증상을 개선하는 비타민 K 유래 약물은 환자와 그 가족의 삶의 질을 향상시킬 뿐만 아니라, 증가하는 의료비와 장기 간병 부담을 크게 줄일 수 있을 것입니다."

우리는 이들의 연구가 신경계 질환과 싸우는 환자들에게 임상적으로 의미 있는 치료법으로 이어지기를 바랍니다.

자금 정보

본 연구는 미시마 카이운 기념재단, 스즈켄 기념재단, 고세 미용 연구재단, 고야나기 재단, 도요 식품공학 연구소, 과학연구진흥기금, 다카하시 산업경제연구재단의 연구비 지원을 받아 수행되었습니다. 또한, 본 연구는 일본학술진흥회(JSPS)의 국제공동연구추진기금(국제공동연구추진기금(A))[지원번호 18KK0455]과 과학연구보조금(C)[지원번호 20K05754 및 18K11056, 21K11709, 24K14656], 신진연구자보조금[지원번호 23K14091]의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251014014312.htm