운동이 뼈와 면역력을 향상시킨다는 메커니즘 발견됐다

미국 텍사스 주립대 사우스 웨스턴에 있는 어린이 의료원 연구소(Children 's Medical Center Research Institute)의 과학자들은 새로운 뼈와 면역 세포가 생성되는 골수에서 틈새로 알려진 특수 환경을 확인했다. 

최근 세계적인 과학저널 네이처(Nature)에 발표된 이 연구는 이 틈새와 그 안에 포함된 뼈 및 면역형성 세포를 유지하기 위해 운동 유도 자극이 필요함을 보여주었다. 함께, 이러한 발견은 운동이 뼈와 면역 기능을 강화하는 새로운 방법을 알려줬다.

연구원들은 걷거나 뛰면서 생성된 힘이 동맥 혈관을 따라 뼈 표면에서 뼈 내부 골수로 전달된다는 사실을 발견했다. 세동맥 바깥쪽에 있는 뼈 형성 세포는 이러한 힘을 감지하고 증식하도록 유도된다. 이것은 뼈를 두껍게 하는데 도움이 되는 새로운 뼈세포의 형성을 허용할 뿐만 아니라 뼈 형성 세포는 세동맥 주위에 림프구를 형성하는 세포의 빈도를 증가시키는 성장 인자를 분비한다. 림프구는 면역 체계가 감염과 싸우도록 하는 B 및 T세포다.

뼈를 형성하는 세포가 움직임으로 인한 압력을 감지하는 능력(기계적 힘이라고도 함)이 비활성화되면 새로운 뼈세포와 림프구의 형성이 감소하여 뼈가 더 얇아지게 되는 결과로 이어졌다.   

연구를 이끈 션 모리슨(Sean Morrison) 박사는 “나이가 들어감에 따라 골수의 환경이 변하고 골격 골량과 면역 기능을 유지하는 세포가 고갈된다. 우리는 이 환경이 어떻게 변하는지 또는 노화에 따라 세포가 감소하는 이유에 대해 거의 알지 못했다”라며 "과거의 연구는 운동이 뼈의 힘과 면역 기능을 향상시킬 수 있다는 것을 보여 주었고 우리의 연구는 이것이 일어나는 새로운 메커니즘을 발견한 것"이라고 설명했다. 

모리슨 박사의 이전 연구는 골수에서 성인기에 형성되는 대부분의 새로운 뼈세포를 생성하는 골격 줄기 세포를 발견한 것이다. 그것은 LepR + 세포로 그들은 골수에 있는 혈관 바깥  쪽을 둘러싸고 혈액 형성 세포의 유지를 위한 중요한 성장 인자를 형성한다. 

또한 연구팀은 LepR + 세포의 하위 집합이 오스테오렉틴(Osteolectin)이라는 이전에 발견되지 않은 뼈 형성 성장 인자를 합성한다는 것을 발견했다. 오스테오렉틴은 LepR +가 새로운 뼈세포를 형성 하도록 하여 성인 골격의 유지를 촉진했다.

현재 연구에서 연구팀은 오스테오렉틴을 만드는 LepR + 세포의 하위 집합을 더 주의 깊게 살펴봤다. 그는 이러한 세포가 골수에 있는 동맥 혈관 주변에만 존재하며 세포가 의존하는 성장 인자인 줄기세포 인자(SCF)를 합성하여 주변 림프전구 세포를 유지한다는 사실을 발견했다. 오스테오렉틴 양성 세포에서 SCF를 삭제하면 림프전구 세포가 고갈되고 박테리아 감염에 대한 면역 반응을 일으키는 쥐의 능력이 손상됐다.

모리슨 박사는 “이전 연구와 함께, 이 연구의 발견은 오스테오렉틴 양성 세포가 세동맥 주변의 뼈 형성 및 림프성 전구 세포를 위한 특수한 틈새를 생성한다는 것을 보여준다. 오스테오렉틴 양성 세포의 수를 늘리는 치료적 개입은 특히 노인에서 뼈 형성과 면역 반응을 증가시킬 수 있다”고 강조했다. 

이어 연구팀은 오스테오렉틴 양성 세포와 림프전구 세포의 수가 나이가 들면서 감소한다는 것을 발견했다. 이 추세를 뒤집을 수 있는지 궁금했던 연구팀은 쥐가 운동할 수 있도록 기구를 우리에 넣었다. 그는 이 생쥐의 뼈가 운동으로 더 강해졌고 세동맥 주변의 오스테오렉틴 양성 세포와 림프전구 세포의 수가 증가한다는 것을 발견했다. 이것은 기계적 자극이 골수의 틈새를 조절한다는 첫 번째 징후였다.

이어 오스테오렉틴 양성 세포가 표면에 피에조1(Piezo1)으로 알려진 수용체를 발현하여 기계적 힘에 반응하여 세포 내부에 신호를 보내는 것을 발견했다. 피에조1이 생쥐의 오스테오렉틴 양성 세포에서 제거되었을 때, 이들 세포와 그들이 지원하는 림프전구 세포가 고갈되어 뼈가 약해지고 면역 반응이 손상되었다.

모리슨 박사는 "우리는 이전에 다른 사람들이 확인한 다른 메커니즘 외에도 운동이 면역을 촉진하고 뼈를 강화하는 중요한 메커니즘을 발견했다고 생각한다"고 밝혔다.