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[바이오토픽] <1편> 마침내 밝혀진 스트레스와 탈모의 관련성: 「만성 스트레스 → 모낭줄기세포 기능 저하」
의학약학 양병찬 (2021-04-06)

스트레스 호르몬은 피부세포를 경유하여 신호를 보냄으로써 모낭줄기세포의 활성화를 억제하는 것으로 밝혀졌다. 이 신호를 차단하면 모낭의 성장을 자극할 수 있다. 만성 스트레스에 시달리는 사람들은 주목하기 바란다.
 

마침내 밝혀진 스트레스와 탈모의 관련성

ADX, adrenalectomy mouse; DP, dermal papillae; GAS6, growth arrest-specific 6; HFSC, hair-follicle stem cell / ⓒ www.zhihu.com


▶ 한 시즌의 시작이 엉망이었을 때, 미식축구의 유명한 쿼터백인 애런 로저스는 팬들에게 "긴장하지 마세요!"라고 충고한 적이 있었다. 그는 자신이 ‘대머리 예방 꿀팁’까지 덤으로 제공하고 있다는 사실을 까맣게 몰랐을 것이다. 팬데믹이 오래 지속되고 있는 지금, 그의 충고는 더욱 절실하게 다가온다. COVID-19에 걸렸던 사람 중 약 1/4은 증상이 발현된 지 6개월 후 탈모를 경험했는데(참고 1), 이는 아마도 '감염과 회복'에 수반되는 모진 시련이 전신 스트레스(systemic stress)를 초래했기 때문인 것으로 보인다.

만성 스트레스는 오랫동안 탈모와 관련된 것으로 여겨져 왔지만, 스트레스가 '모낭줄기세포(hair-follicle stem cell)의 기능저하'로 이어지는 메커니즘을 규명하기는 매우 어려웠다. 그러나 지난 3월 31일 《Nature》에 실린 논문에서(참고 2), 하버드 대학교 줄기세포 및 재생생물학과(Department of Stem Cell and Regenerative Biology)의 최세규 박사와 동료들은 "생쥐를 이용한 연구에서 「스트레스와 모낭줄기세포 기능 간의 관련성」을 밝혀냈다"라고 보고했다.

한 사람의 생애를 통틀어, 모발 성장은 성장기(anagen)·퇴화기(catagen)·휴지기(telogen)라는 3가지 단계를 주기적으로 경과하는 것으로 알려져 있다. 성장기 동안, 하나의 모낭(hair follicle)은 성장하는 털줄기(hair shaft)를 지속적으로 밀어낸다. 퇴화기 동안에는 모발의 성장이 중단되고 모낭의 아랫부분이 위축되지만, 모발 자체─오늘날에는 곤봉털(club hair)이라고 한다─는 제 자리에 머물러 있다. 휴지기 동안, 곤봉털은 당분간 휴면상태로 들어갔다가 궁극적으로 빠지게 된다. 심각한 스트레스를 겪는 동안에는 많은 모낭들이 일찌감치 휴지기로 진입하고, 모발이 신속하게 빠져 나간다.

모낭줄기세포(HFSCs: hair-follicle stem cells)는 모낭의 팽대부(bulge)라는 부분에 자리 잡고 있다. HFSC는 내적·외적 신호를 모두 해석함으로써 모발성장을 제어하는 데 결정적인 역할을 수행한다. 예컨대 휴지기 동안, HFSC는 정지상태(quiescent state)에 머물므로 분열하지 않는다(참고 3, 참고 4). 모발성장이 다음 상태인 성장기로 넘어가면, HFSC는 '분열함으로써 전구세포(progenitor cell)를 만들라'는 신호를 받는다. 이렇게 등장한 전구세포는 분화(differentiation)에 착수하여 여러 층(層)의 모낭을 생성하고, 궁극적으로 털줄기를 탄생시킨다.

지금으로부터 30여 년 전 모낭의 팽대부에서 HFSC가 발견된 이후(참고 5, 참고 6, 참고 7), 많은 조절분자들—이를테면 유전자 전사인자(gene-transcription factor), 신호전달단백질—이 HFSC의 정지와 활성화를 통제하는 것으로 밝혀졌다(참고 3, 참고 4). 그런 조절분자들은 거의 모두 HFSC나 그 주변의 세포들—예를 들면 진피유두세포(dermal papilla cell)—에 의해 만들어지는데, 주변의 세포들은 통상적으로 HFSC를 뒷받침하는 틈새(niche)의 역할을 수행한다(참고 8, 참고 9). 그러나 만성 스트레스와 같은 전신상태가 HFSC의 활성화에 악영향을 미치는 메커니즘은 지금껏 제대로 이해되지 않았다.

▶ 이러한 난맥상을 타개하기 위해, 최 박사와 동료들은 1차적으로 생쥐의 부신(adrenal gland)—핵심적인 내분비기관으로, 스트레스호르몬을 생성한다—을 외과적으로 제거하여, 그것이 모발성장의 조절 과정에서 수행하는 역할을 분석했다. 그 결과, 부신이 제거된 생쥐(연구팀은 이들을 ADX 생쥐라고 불렀다)는 대조군 생쥐보다 모낭의 휴지기가 훨씬 더 짧아, 후자는 '60-100일'인 데 반해 '20일 미만'에 불과한 것으로 나타났다. 그리고 ADX 생쥐의 경우에는 '모낭이 모발성장에 관여하는 빈도'가 대조군의 약 3배인 것으로 나타났는데, 연구팀은 ADX 생쥐에게 코르티코스테론(통상적으로, 생쥐의 부신에서 생성되는 호르몬)을 투여함으로써 그처럼 빈번한 모발성장을 억제할 수 있었다. 그런데 흥미로운 점은, 연구팀이 대조군 생쥐에게 9주 동안 다양한 '경미한 스트레스 요인(mild stressor)'을 적용해 본 결과, 코르티코스테론의 수준이 상승함과 동시에 모발성장이 감소하는 것으로 나타났다는 것이다. 이는 "만성적인 스트레스를 받는 동안, 부신에서 생성되는 코르티코스테론이 모발성장의 개시(initiation)를 억제한다"라는 것을 시사한다.

HFSC는 어떻게 코르티코스테론을 감지하는 것일까? 부신피질은 당질코르티코이드 수용체(GR: glucocorticoid receptor)라는 단백질을 경유하여 신호를 전달하는데, 피부에 존재하는 다양한 유형의 세포에서 이 수용체를 선택적으로 제거해 보면 '어떤 세포유형이 그 신호를 접수하는 데 필요한지'를 알아낼 수 있을 것이다. 최 박사와 동료들은 진피유두의 GR을 선택적으로 제거함으로써 코르티코스테론의 모발성장 억제 효과를 차단한 반면, HFSC 자체의 GR을 제거함으로써 아무런 효과를 얻지 못했다. 이는 "HFSC가 스트레스호르몬을 직접적으로 감지하는 게 아니라, 진피유두가 신호전달에서 핵심적인 역할을 수행한다"라는 것을 시사한다.

'진피유두가 스트레스 신호를 HFSC에게 릴레이하는 메커니즘'을 이해하기 위해, 저자들은 진피유두에 발현된 mRNA—단백질 생성의 주형(template)으로 작용한다—의 프로파일을 작성했다. 그랬더니 GAS6(growth arrest-specific 6)라는 분비형 단백질(secreted protein)이 유력한 용의자(메신저)로 떠올랐다. 연구팀이 아데노바이러스 벡터(유전자요법의 흔한 도구)를 이용해 피부에 GAS6를 배달해 봤더니, 아니나 다를까. 정상적인 생쥐의 모발성장을 자극할 뿐만 아니라, 그들이 만성 스트레스에 시달리거나 코르티코스테론을 투여 받는 동안 모발의 성장이 회복되는 것으로 나타났다.

다음으로, 최 박사와 동료들은 AXL이라는 단백질—HFSC에 발현된 GAS6 수용체—이 HFSC에게 신호를 넘겨줌으로써, HFSC의 세포분열을 자극한다는 사실을 발견했다. 연구팀은 지금까지의 연구결과를 종합하여, "만성스트레스에 의해 촉발된 코르티코스테론 신호전달이 진피유두에서 GAS6의 생성을 억제하지만, 진피에서 GAS6를 강제로 발현시키면 '만성 스트레스의 모발 성장 억제 효과'를 우회할 수 있다"라는 결론을 내렸다(아래 그림 참고).
 

☞ 스트레스가 모발성장에 영향을 미치는 메커니즘

스트레스가 모발성장에 영향을 미치는 메커니즘
(이미지를 누르시면, 원본 이미지를 보실 수 있습니다.)


[바이오토픽] <2편> 마침내 밝혀진 스트레스와 탈모의 관련성: 「만성 스트레스 → 모낭줄기세포 기능 저하」보기
 

※ 참고문헌
1. https://doi.org/10.1016%2FS0140-6736%2820%2932656-8
2. https://doi.org/10.1038%2Fs41586-021-03417-2
3. https://doi.org/10.1126%2Fscience.1242281
4. https://doi.org/10.1002%2Fstem.2696
5. https://doi.org/10.1016%2F0092-8674%2890%2990696-C
6. https://doi.org/10.1126%2Fscience.1092436
7. https://doi.org/10.1038%2Fnbt950
8. https://doi.org/10.1242%2Fjcs.082446
9. https://doi.org/10.1038%2Fnm.3643

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-021-00656-1

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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