[mdtoday = 이승재 의학전문기자]자동차 타이어에서 나오는 독성 화학물질 '6PPD-퀴논'이 뇌 신경세포의 대사 기전을 교란해 알츠하이머병 발병을 촉진할 수 있다는 분자 컴퓨터 모델링 연구 결과가 나왔다.

도로 환경 독성 물질인 '6PPD-퀴논' 노출이 인간의 대뇌 분자 경로 및 알츠하이머병 발병 인자에 미치는 영향력을 인공지능 기법으로 정밀 분석한 연구가 '오픈 메디신(Open Medicine)'에 실렸다.

알츠하이머병은 유전적 소인 외에도 미세먼지나 중금속 등 만성적인 환경 오염 노출이 대뇌 관류 대사를 악화시키고 독성 단백질 축적을 유도하는 주요 위험 요인으로 지목되어 왔다.

최근 타이어 방부제 성분에서 유래한 '6PPD-퀴논(6PPD-quinone, 6PPD-Q)'이 전 세계 유수 지역의 하천, 토양뿐만 아니라 인간의 생체 시료에서도 잇따라 검출되면서 일상적 흡입에 따른 전신 독성 우려가 고조됐다.

특히 해당 물질이 수생 생물에 치명적이고 생쥐 모델에서 혈액뇌장벽(BBB)을 통과해 뇌 실질 조직으로 이행된다는 사실은 확인됐으나, 인간의 뇌 내부 분자 장치와 상호작용하는 구체적인 역학적 메커니즘은 정립되지 않은 상태였다.

중국의 연구진은 통합 네트워크 약리학, 전사체 데이터베이스, 머신러닝 아키텍처(machine learning architecture) 및 분자 도킹(Molecular docking) 시뮬레이션 등 첨단 데이터 기반 계산 과학 방법론을 최초로 도입해 연구를 진행했다.

연구팀은 알츠하이머병 환자의 부검 뇌 조직 유전체 데이터셋을 바탕으로 '6PPD-퀴논'이 세포 기능을 제어하는 유전자, 단백질, 신호 전달계와 결합하는 병리적 결합력을 정밀 대조했다.

인공지능 머신러닝을 활용해 전방위적인 생물학적 경로를 분석한 결과, '6PPD-퀴논'은 알츠하이머병의 발병 진행 경과를 예측하는 5개의 핵심 유전자를 강력하게 교란하는 유해 인자임이 확증됐다.

특히 분자 도킹 분석 결과, '6PPD-퀴논'은 이 5개의 핵심 예측 유전자 중 3개와 생리학적으로 매우 강고하게 결합(Strong binding)하는 반응을 보였다.

이러한 비정상적 결합은 세포 내 산화 스트레스(Oxidative stress)를 폭발적으로 증가시켜 세포막과 단백질을 변성시켰으며, 성상교세포 및 미세아교세포의 만성 염증 반응을 유도했다.

신경세포 간의 정밀한 신호 전달 및 통신 네트워크를 단절시키는 유해 반응을 촉발해 알츠하이머병 병리적 변화를 일으키는 것이다.

연구진은 대뇌 신경망 교란 및 만성 염증 대사에 다각적인 타격을 입히는 '6PPD-퀴논' 분자의 장기 노출이 알츠하이머성 치매 이행률을 높이는 확실한 잠재적 독립 위험 인자이며, 현행 환경성 질환 예방 지침에 타이어 마모 독성 물질 스크리닝 및 호흡기 보호 수칙을 필수적으로 도입할 필요가 있다고 결론지었다.