우주비행은 체세포 돌연변이 가능성 높여
마운트 시나이 아이칸 의과대학이 실시한 (이런 종류로는 처음인) 연구에 의하면, 우주비행사들은 - 어쩌면 우주 비행과 관련이 있는 - 돌연변이가 생길 위험이 더 크고 그로 인해 평생 암이나 심장병에 걸릴 위험이 커질 수 있다고 한다.

연구진은 1998년부터 2001년 사이에 우주왕복선 임무를 수행한 미국 항공우주국(NASA)의 우주비행사들의 혈액 표본을 채집했다. 연구진은 연구해본 14명의 우주비행사 전원의 조혈모 줄기세포에서 체세포 돌연변이로 알려진 DNA 돌연변이들을 발견했다. 이 연구 결과는 우주 비행이 그런 돌연변이와 관련이 있을 수 있는 것을 시사하고 우주비행사들의 혈액을 지속해서 검사하고 퇴직한 이후에도 그들의 건강을 관찰하는 것이 중요한 것을 의미한다.

체세포 돌연변이는 사람이 수태가 된 이후에 정충이나 난자 세포가 아닌 다른 세포에서 일어나는 돌연변이로 그런 돌연변이는 자손들에게 유전될 수가 없는 것을 의미한다. 이 연구에서 확인된 돌연변이들은 클론성 조혈증(CH)이란 과정을 통해 단 1개 클론에서 혈액세포들이 지나치게 많이 파생되는 것이 특징이다. 그런 돌연변이는 흔히 자외선이나 어떤 화학물질에 노출되는 것과 같은 환경적 요인에 의해 유발되고, 항암 화학요법이나 방사선 치료의 결과일 수도 있다. 클론성 조혈증과 관련이 있는 조짐이나 증상은 거의 없다. 대부분 환자는 다른 질병으로 혈액을 유전자 검사한 후에 발견이 된다. 클론성 조혈증이 반드시 질병이 있는 것을 가리키지는 않지만 심혈관 질환과 혈액암의 위험이 더 큰 것과 관련이 있다.

논문의 주저자로 아이칸 의과대학 심혈관 연구소의 의학 교수인 데이비드 구카시안은 다음과 같이 말했다. “우주비행사들은 많은 요인으로 체세포 돌연변이가 생길 수 있는 극한적인 상황에서 일하고, 이는 그런 돌연변이들이 클론성 조혈증으로 발전할 수도 있는 위험이 있는 것을 의미한다. 그런 요인 중 가장 중요한 것이 우주의 방사선이다. 상업적인 우주여행과 심우주 탐사와 화성 여행 같은 반복적이거나 장기간의 우주탐사 임무와 관련이 있는 여러 가지 해로운 요인들에 대한 노출의 잠재적인 건강상 위험에 관한 관심이 높아지고 있어서 우리는 14명의 우주비행사 코호트의 체세포 돌연변이를 후향적으로 조사해보기로 결정했다.“

연구 대상은 1998년부터 2001년 사이에 비교적 단기간 (평균 중앙값이 12일) 우주왕복선 임무를 수행한 우주비행사들이었다. 그들의 평균 (중앙값) 연령은 약 42세였다. 대략 85%가 남성이고 14명 중 6명은 처음으로 임무를 수행했다. 연구진은 그들이 비행하기 10일 전과 착륙한 날에 혈액 표본을 채집했고 착륙한 3일 뒤에는 백혈구를 채집했다. 이들 표본은 약 20년 동안 섭씨 영하 80도에서 보관되었다.

우주 왕복 비행사에게 클론성 조혈증 유발 유전자 찾아
DNA 염기서열과 광범한 생물정보학 분석을 사용해서, 연구진은 클론성 조혈증을 유발하는 17개 드라이버 유전자에서 34개 돌연변이를 찾아냈다. 가장 빈번한 돌연변이는 종양 억제 단백질을 1개 생산하는 유전자인 TP53와 급성 골수성 백혈병에서 가장 흔하게 돌연변이를 일으키는 유전자 중의 하나인 DNMT3A에서 발생했다. 그러나 연구진이 평가한 유전자들에서 생기는 체세포 돌연변이의 빈도는 - 클론성 조혈증으로 간주하는 조혈모 줄기세포의 체세포 돌연변이의 기술적인 문턱인 - 2% 미만이었다.

클론성 조혈증은 노인에게 더 흔하고 심혈관 질환과 혈액암과 고형암의 발생 위험이 큰 것과 관련이 있다. 구카시안 박사는 다음과 같이 말했다. “비록 우리가 관찰한 클론성 조혈증이 비교적 규모가 작기는 하지만, 우주비행사들의 비교적 젊은 나이와 건강을 고려하면, 우리가 그런 돌연변이를 관찰했다는 사실이 놀라운 일이었다. 그런 돌연변이의 존재가 그들 우주비행사가 심혈관 질환이나 암에 반드시 걸리게 되는 것을 의미하지는 않지만, 장기적으로 심우주의 극한적인 상황에 지속해서 장기간 노출되어 그런 것이 일어날 위험은 있다. 이번 연구를 통해 우리는 우주비행사들의 작업 수행 능력에 영향을 미치지 않으면서, 그들의 일과 관련해서 우주비행사들에게 질병이 생길 가능성을 우리가 평가할 수 있다는 것을 밝혔다. 실제로 우리 연구는 그런 질병에 걸릴 가능성을 평가하는 조기의 지속적인 검사가 중요한 것을 입증했다. 미국 항공우주국과 소속 의료진이 3~5년마다 체세포 돌연변이나 클론 확장이나 혹은 클론 퇴보가 있는지 우주비행사들을 검사하고, 중요성은 덜하지만 체세포 돌연변이가 클론을 통해 확장해서 클론성 조혈증이 될 수도 있는 퇴직 후의 기간에도 검사하도록 우리는 조언한다.”

이번 연구는 같은 표본을 이용해서 엑소좀에서 예측성 생체 표지자를 찾아내는 연구진의 이전의 연구를 뒤이은 것이다. 엑소좀은 핵산, 단백질, 지질, 대사산물을 감싼 미세한 주머니로 인체 내의 세포 속에서 생성되어 혈액 속으로 방출되어 순환하고 따라서 원래 세포들의 정보를 간직하고 있어서 세포 간의 상황을 반영한다. 바로 이런 엑소좀의 특징으로 인해 엑소좀이 건강과 혹은 질병의 훌륭한 생체 표지자가 될 수도 있는 것이다. 또 인체 내에서 어떤 세포에서 멀리 떨어진 다른 세포로 전달하는 이전 정보로도 적합할 수가 있다.

연구진이 우주비행사들의 엑소좀으로 인간의 심장 세포들을 치료했을 때 그들은 엑소좀이 뼈, 심장, 골격근 건강에 핵심적인 역할을 수행하는 비타민 D 수용체의 작용에 영향을 미친 것을 발견했다. 그들은 또 우주 비행이 - 세포에 에너지를 공급하는 작은 세포 소기관의 유전체인 - 미토콘드리아의 DNA에 미치는 영향도 평가했다. 그 연구에서 연구진은 우주비행사들의 혈액 속에는 순환하는 세포 유리 미토콘드리아 DNA의 양이 정상보다 2배에서 350배나 더 많은 것을 발견했다. 그런 일은 몸속의 다른 곳에 산화 손상과 염증을 일으키게 될 수도 있다.

구카시안 박사는 다음과 같이 말했다. “이들 연구를 통해 우리는 우주비행사들에게서 우주 비행의 건강상 위험을 평가하는 가능성을 입증했다. 이제 중요한 것은 그런 위험이 지속해서 노출되었을 때 어떻게 변하며 또 그런 데이터를 그들의 임상적 증상과 영상과 실험실 결과와 어떻게 비교할지를 알아보기 위해, 많은 수의 우주비행사가 관련된 장기적 후향적인 연구와 적절한 전향적인 연구를 실시하는 것이다. 그런 연구는 우리가 관찰하고 있는 현상에 근거해서 어떤 우주비행사가 질병에 걸릴 가능성이 더 큰지에 대해 우리가 적절한 예측을 할 수 있도록 만들어주고, 조기에 개입하고 예방하는 맞춤형 의학적 접근법을 개발하는 길을 열어주게 될 것이다.”

참조:
A. Brojakowska et al., "Retrospective analysis of somaticmutations and clonal hematopoiesis in astronauts" Commun Biol. 2022 Aug 17;5(1):828. doi: 10.1038/s42003-022-03777-z.