인간이 홀로 존재할 때보다 서로 연결되고 상호작용할 때 더 큰 의미를 만들어 내듯, 어떤 분야는 그 자체로도 강력한 영향력을 갖지만 때로는 연결되는 순간 새로운 질문과 발견을 만들어냅니다.
신경면역학(Neuroimmunology)은 신경계와 면역계의 상호작용을 탐구하는 학문으로, 오랜 시간 독립적으로 연구돼 온 두 분야를 연결하며 새로운 지평을 열고 있습니다. 삼성바이오로직스 뉴스룸에서 면역계와 뇌 기능의 연결고리를 연구하고 있는 허준렬 교수에게 신경 면역학의 내일에 대해 물었습니다.
안녕하세요 교수님, ‘신경 면역학’은 어떤 학문인가요?
신경면역학은 면역계와 신경계 사이의 상호작용(2-way Communication, 양방향 소통)을 연구하는 학문입니다. 고속도로와 차량의 관계로 비유해 볼게요. 신경계가 고속도로처럼 우리 몸속 여러 동네를 연결한다면, 면역계(면역 세포)는 고속도로를 달리는 차량처럼 몸속 장기 곳곳을 돌아다니며 역할을 수행하기 때문이에요. 아주 쉽고 단순하게 설명하자면, 신경면역학은 고속도로와 차량이 하나의 교통 체계를 이루는 방식을 관찰하고 이해하는 학문이라고 할 수 있겠네요.
저희 연구실은 주로 면역계가 신경계의 중추인 뇌와 상호작용하는 방식을 연구하고 있습니다. 면역세포들이 신호를 주고받기 위해 분비하는 단백질인 사이토카인(Cytokine)에 뇌의 특정 부위가 반응하는 경우가 있거든요. 그 사이토카인 수용체가 뇌의 어떤 부위에 존재하는지 지도를 그려서, 면역세포가 어떻게 뇌의 기능에 영향을 미치는지 밝혀내는 거죠.
IL-17* 사이토카인 경로가 뇌의 신경세포 활동을 조절한다는 메커니즘을 처음 제시하셨는데요, ‘몸의 면역 반응이 마음의 상태를 바꾼다’는 게 어떻게 가능한 일인지 궁금합니다.
* IL-17 (Interleukin-17): 인터루킨-17, 사이토카인의 종류 중 하나로, 몸의 염증 반응 조절에 관여하는 물질
외부의 병원균(Pathogen)이 우리 몸을 공격하면 선천적 면역 반응이 가장 먼저 일어납니다. 병원균이 우리 몸에서 더 확산되지 않도록 면역 세포들이 활동하기 시작하는 건데, 이때 분비되는 사이토카인이 우울감이나 불안을 조절하는 뇌의 특정 부위에 존재하는 사이토카인 수용체와 결합해 결과적으로 인간의 감정 반응까지 관여하게 되는 거예요. 이와 유사한 반응을 통칭해 사이토카인 질병 유발 행동(Cytokine Sickness Behavior)이라고 합니다.
병원균이 몸에서 모두 사라지면 이런 반응은 다시 원래 상태로 되돌아가야 합니다. 그런데 이 과정이 원활하지 않으면 면역 반응이 불필요하게 오래 지속되면서, 일부 사람들에게는 만성 우울증처럼 뇌 기능과 감정 조절에 장기적으로 영향을 주는 상태가 지속될 수 있어요. 몸의 면역 반응이 마음의 상태에 영향을 미치는 메커니즘을 밝히는 연구들도 학계에 보고되고 있습니다.
이 글을 읽는 독자분들이 어느 날 컨디션이 안 좋아서 수업을 듣다가, 또는 일을 하다가 집에 가서 쉬고 싶은 마음이 들었다고 상상해 봅시다. 몸이 좋지 않을 때 쉬고 싶은 마음이 드는 건 단순히 심리 현상이 아니라, 병원균에 반응한 면역세포가 우리 뇌에 영향을 미치기 때문에 생길 수 있는 일인 거죠.
이런 연구가 향후 자폐스펙트럼이나 우울증, 알츠하이머 같은 신경정신질환 치료로도 이어질 수 있을까요?
네, 저는 그럴 거라고 생각하는데요. 지금은 신경계와 면역계가 상호작용하는 경로를 밝히는 단계라면, 미래에는 밝혀진 경로를 기반으로 치료제 개발까지 이어질 거라고 봅니다.
과거 신경정신질환 치료에서의 난제 중 하나는 약물을 혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier)에 어떻게 통과 시키느냐였습니다. 그래서 약물을 뇌까지 안전하게 운반하는 기술을 개발하는 데 많은 노력이 집중됐어요.
그런데 지금은 우리 몸의 면역계가 뇌 기능에 강력한 영향을 줄 수 있는 시스템이라는 사실을 알아냈죠. 앞으로는 그 경로들을 더 찾으면서 면역계가 뇌의 기능을 어떻게 조절하는지 더 잘 이해하게 된다면 기존과는 완전히 다른 방식의 치료 전략을 만들 수 있을 것이라 생각해요.
실제 치매나 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환에서도 면역 시스템의 역할이 중요하다는 근거가 점점 쌓이고 있습니다. 과거 연구가 퇴행성 뇌 질환의 원인 물질일 베타 아밀로이드(β-Amyloid)나 타우 단백질(Tau Protein)을 직접 타깃하는 접근법 중심이었다면, 이제는 미세아교세포(Microglia), 성상교세포(Astrocyte)처럼 뇌에서 면역 반응과 신경 회로를 조절하는 세포들을 다루는 접근법이 새로운 치료 전략으로 주목받고 있습니다.
한 가지 더 흥미로운 점은 면역계에서 신경계를 조절하는 메커니즘이 활발하게 연구되는 만큼, 신경계에서 면역계를 조절하는 메커니즘을 밝히는 연구도 빠르게 발전 중이라는 점입니다. 예를 들어 미주신경(Vagus Nerve)* 같은 신경 회로를 자극해 만성 염증이나 자가면역 질환을 완화하려는 접근도 시도 중이고요. 앞으로는 ‘뇌를 이용해 면역계 질환을 치료하는 방식’과 ‘면역계를 이용해 뇌 질환을 치료하는 방식’이 동시에 발전하는 시대가 올 것이라고 생각합니다.
* 미주신경(Vagus Nerve): 뇌에서 뻗어 나와 우리 몸의 여러 장기를 연결하는 가장 긴 신경
연구자이자 기업가이신 교수님께서 기초 연구를 실제 치료제 개발로 옮기는 과정에서 가장 큰 도전은 무엇이었나요? 또 이러한 변화의 물결 속 삼성바이오로직스와 같은 CDMO는 어떤 준비를 해야 할까요?
솔직하게 말씀드리자면 매일 매일이 도전이에요. (웃음) 당연한 이야기이지만 실제 치료제로 이어지려면 질병의 기전을 정확히 이해하는 게 우선입니다. 기전을 알아야 무엇을 타깃할지, 그리고 어떤 방식(Modality)으로 접근할지 결정할 수 있기 때문이죠.
저희 연구실에서도 자폐 증상과 연결된 뇌의 회로를 확인하고, 그 회로에 작용하는 특정 사이토카인을 타깃으로 설정한 후 치료 방식을 고민했었어요. 다양한 치료제 옵션이 있지만 환자의 특성, 투약 경로, 안전성을 고려해서 결국 하나로 좁혀야 하는데, 저희는 특히 소아 중증 자폐 환자를 대상으로 하기 때문에 주사제보다는 경구 투여가 가능한 저분자 화합물이 가장 현실적이라는 결론을 내렸습니다.
전례 없는 타깃과 방식으로 치료제를 개발한다는 것은 곧 길이 없는 곳에 길을 만드는 일과도 같거든요. 참고할 수 있는 개발 경로가 조금이라도 존재하는 기존의 항암제나 자가면역 치료제와 다르게 자폐 치료제 개발은 기전부터 타깃, 약물 전달 방식까지 모든 것이 처음입니다. 그래서 더더욱 매 단계가 도전이라고 느껴지는데, 결국 이 길을 계속 걸어가려면 ‘이건 반드시 되어야 하고, 되게 만들어야 한다’는 신념이 가장 중요한 것 같아요. 아직 아무도 가지 않은 길이지만, 한 걸음씩 나아가며 길을 만드는 과정 자체가 연구자로서 감당해야 할 역할이고, 또 존재하는 이유라고 생각하고요.
삼성바이오로직스 개발 실험실
삼성바이오로직스가 지난 시간 동안 아무도 가지 않았던 길을 개척하고, 글로벌 CDMO 시장에서 메이저 플레이어가 된 과정 자체가 이미 한국 바이오산업 전체에 확신과 방향성을 줬다고 생각합니다. 삼성바이오로직스를 비롯한 CDMO들이 생산 역량 확장을 넘어 제약 산업의 다음 흐름이 무엇일지, 어떤 타깃과 기술이 필요해질지 한발 앞서 탐색하고 실험해 보는 역량이 더욱 중요해질 거라 봅니다.
교수님께서 꿈꾸시는 신경면역학의 미래, 더 나아가 신경면역학의 발전이 바꿀 ‘인류의 내일’은 어떤 모습일지 궁금합니다.
아직 모르는 게 너무 많은 분야라고 생각합니다. 그만큼 가능성도 무궁무진하고, 그래서 저도 너무 궁금하고요.
지난 20년 동안 바이오의약품은 항체치료제, 세포∙유전자치료제와 같이 점점 더 정밀하고 다양한 형태로 발전해 왔습니다. 그 바탕에는 면역 시스템을 향한 깊은 이해가 있었는데요. 지금 단계에서는 명확한 형태를 예측하기 어렵지만, 그래도 분명한 점은 앞으로 면역 시스템 자체의 이해와 더불어 면역계와 신경계의 상호작용에 대한 이해가 깊어질수록 지금과는 전혀 다른 개념의 치료제가 나타날 가능성이 있다고 봅니다. 어쩌면 우리가 상상하지 못했던 방식으로요.
항체(Antibody) 또는 항체 약물 접합체(ADC, Antibody Drug Conjugates), CAR-T 기반의 치료제를 넘어, 면역 반응 자체를 조절 하거나 신경 신호를 통해 면역 반응을 제어하는 치료제처럼 완전히 새로운 패러다임의 접근법이 등장할 가능성도 있지 않을까요? 지금은 그 가능성을 향해 조금씩 지도를 그리는 단계이고, 그 과정이 치료에 닿을 수 있기를 기대하고 있습니다.
*본 글은 전문가와의 인터뷰를 바탕으로 작성되었으며, 삼성바이오로직스의 공식 보도 방향과 다를 수 있습니다.
인간이 홀로 존재할 때보다 서로 연결되고 상호작용할 때 더 큰 의미를 만들어 내듯, 어떤 분야는 그 자체로도 강력한 영향력을 갖지만 때로는 연결되는 순간 새로운 질문과 발견을 만들어냅니다.
신경면역학(Neuroimmunology)은 신경계와 면역계의 상호작용을 탐구하는 학문으로, 오랜 시간 독립적으로 연구돼 온 두 분야를 연결하며 새로운 지평을 열고 있습니다. 삼성바이오로직스 뉴스룸에서 면역계와 뇌 기능의 연결고리를 연구하고 있는 허준렬 교수에게 신경 면역학의 내일에 대해 물었습니다.
안녕하세요 교수님, ‘신경 면역학’은 어떤 학문인가요?
신경면역학은 면역계와 신경계 사이의 상호작용(2-way Communication, 양방향 소통)을 연구하는 학문입니다. 고속도로와 차량의 관계로 비유해 볼게요. 신경계가 고속도로처럼 우리 몸속 여러 동네를 연결한다면, 면역계(면역 세포)는 고속도로를 달리는 차량처럼 몸속 장기 곳곳을 돌아다니며 역할을 수행하기 때문이에요. 아주 쉽고 단순하게 설명하자면, 신경면역학은 고속도로와 차량이 하나의 교통 체계를 이루는 방식을 관찰하고 이해하는 학문이라고 할 수 있겠네요.
저희 연구실은 주로 면역계가 신경계의 중추인 뇌와 상호작용하는 방식을 연구하고 있습니다. 면역세포들이 신호를 주고받기 위해 분비하는 단백질인 사이토카인(Cytokine)에 뇌의 특정 부위가 반응하는 경우가 있거든요. 그 사이토카인 수용체가 뇌의 어떤 부위에 존재하는지 지도를 그려서, 면역세포가 어떻게 뇌의 기능에 영향을 미치는지 밝혀내는 거죠.
IL-17* 사이토카인 경로가 뇌의 신경세포 활동을 조절한다는 메커니즘을 처음 제시하셨는데요, ‘몸의 면역 반응이 마음의 상태를 바꾼다’는 게 어떻게 가능한 일인지 궁금합니다.
* IL-17 (Interleukin-17): 인터루킨-17, 사이토카인의 종류 중 하나로, 몸의 염증 반응 조절에 관여하는 물질
외부의 병원균(Pathogen)이 우리 몸을 공격하면 선천적 면역 반응이 가장 먼저 일어납니다. 병원균이 우리 몸에서 더 확산되지 않도록 면역 세포들이 활동하기 시작하는 건데, 이때 분비되는 사이토카인이 우울감이나 불안을 조절하는 뇌의 특정 부위에 존재하는 사이토카인 수용체와 결합해 결과적으로 인간의 감정 반응까지 관여하게 되는 거예요. 이와 유사한 반응을 통칭해 사이토카인 질병 유발 행동(Cytokine Sickness Behavior)이라고 합니다.
병원균이 몸에서 모두 사라지면 이런 반응은 다시 원래 상태로 되돌아가야 합니다. 그런데 이 과정이 원활하지 않으면 면역 반응이 불필요하게 오래 지속되면서, 일부 사람들에게는 만성 우울증처럼 뇌 기능과 감정 조절에 장기적으로 영향을 주는 상태가 지속될 수 있어요. 몸의 면역 반응이 마음의 상태에 영향을 미치는 메커니즘을 밝히는 연구들도 학계에 보고되고 있습니다.
이 글을 읽는 독자분들이 어느 날 컨디션이 안 좋아서 수업을 듣다가, 또는 일을 하다가 집에 가서 쉬고 싶은 마음이 들었다고 상상해 봅시다. 몸이 좋지 않을 때 쉬고 싶은 마음이 드는 건 단순히 심리 현상이 아니라, 병원균에 반응한 면역세포가 우리 뇌에 영향을 미치기 때문에 생길 수 있는 일인 거죠.
이런 연구가 향후 자폐스펙트럼이나 우울증, 알츠하이머 같은 신경정신질환 치료로도 이어질 수 있을까요?
네, 저는 그럴 거라고 생각하는데요. 지금은 신경계와 면역계가 상호작용하는 경로를 밝히는 단계라면, 미래에는 밝혀진 경로를 기반으로 치료제 개발까지 이어질 거라고 봅니다.
과거 신경정신질환 치료에서의 난제 중 하나는 약물을 혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier)에 어떻게 통과 시키느냐였습니다. 그래서 약물을 뇌까지 안전하게 운반하는 기술을 개발하는 데 많은 노력이 집중됐어요.
그런데 지금은 우리 몸의 면역계가 뇌 기능에 강력한 영향을 줄 수 있는 시스템이라는 사실을 알아냈죠. 앞으로는 그 경로들을 더 찾으면서 면역계가 뇌의 기능을 어떻게 조절하는지 더 잘 이해하게 된다면 기존과는 완전히 다른 방식의 치료 전략을 만들 수 있을 것이라 생각해요.
실제 치매나 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환에서도 면역 시스템의 역할이 중요하다는 근거가 점점 쌓이고 있습니다. 과거 연구가 퇴행성 뇌 질환의 원인 물질일 베타 아밀로이드(β-Amyloid)나 타우 단백질(Tau Protein)을 직접 타깃하는 접근법 중심이었다면, 이제는 미세아교세포(Microglia), 성상교세포(Astrocyte)처럼 뇌에서 면역 반응과 신경 회로를 조절하는 세포들을 다루는 접근법이 새로운 치료 전략으로 주목받고 있습니다.
한 가지 더 흥미로운 점은 면역계에서 신경계를 조절하는 메커니즘이 활발하게 연구되는 만큼, 신경계에서 면역계를 조절하는 메커니즘을 밝히는 연구도 빠르게 발전 중이라는 점입니다. 예를 들어 미주신경(Vagus Nerve)* 같은 신경 회로를 자극해 만성 염증이나 자가면역 질환을 완화하려는 접근도 시도 중이고요. 앞으로는 ‘뇌를 이용해 면역계 질환을 치료하는 방식’과 ‘면역계를 이용해 뇌 질환을 치료하는 방식’이 동시에 발전하는 시대가 올 것이라고 생각합니다.
* 미주신경(Vagus Nerve): 뇌에서 뻗어 나와 우리 몸의 여러 장기를 연결하는 가장 긴 신경
연구자이자 기업가이신 교수님께서 기초 연구를 실제 치료제 개발로 옮기는 과정에서 가장 큰 도전은 무엇이었나요? 또 이러한 변화의 물결 속 삼성바이오로직스와 같은 CDMO는 어떤 준비를 해야 할까요?
솔직하게 말씀드리자면 매일 매일이 도전이에요. (웃음) 당연한 이야기이지만 실제 치료제로 이어지려면 질병의 기전을 정확히 이해하는 게 우선입니다. 기전을 알아야 무엇을 타깃할지, 그리고 어떤 방식(Modality)으로 접근할지 결정할 수 있기 때문이죠.
저희 연구실에서도 자폐 증상과 연결된 뇌의 회로를 확인하고, 그 회로에 작용하는 특정 사이토카인을 타깃으로 설정한 후 치료 방식을 고민했었어요. 다양한 치료제 옵션이 있지만 환자의 특성, 투약 경로, 안전성을 고려해서 결국 하나로 좁혀야 하는데, 저희는 특히 소아 중증 자폐 환자를 대상으로 하기 때문에 주사제보다는 경구 투여가 가능한 저분자 화합물이 가장 현실적이라는 결론을 내렸습니다.
전례 없는 타깃과 방식으로 치료제를 개발한다는 것은 곧 길이 없는 곳에 길을 만드는 일과도 같거든요. 참고할 수 있는 개발 경로가 조금이라도 존재하는 기존의 항암제나 자가면역 치료제와 다르게 자폐 치료제 개발은 기전부터 타깃, 약물 전달 방식까지 모든 것이 처음입니다. 그래서 더더욱 매 단계가 도전이라고 느껴지는데, 결국 이 길을 계속 걸어가려면 ‘이건 반드시 되어야 하고, 되게 만들어야 한다’는 신념이 가장 중요한 것 같아요. 아직 아무도 가지 않은 길이지만, 한 걸음씩 나아가며 길을 만드는 과정 자체가 연구자로서 감당해야 할 역할이고, 또 존재하는 이유라고 생각하고요.
삼성바이오로직스 개발 실험실
삼성바이오로직스가 지난 시간 동안 아무도 가지 않았던 길을 개척하고, 글로벌 CDMO 시장에서 메이저 플레이어가 된 과정 자체가 이미 한국 바이오산업 전체에 확신과 방향성을 줬다고 생각합니다. 삼성바이오로직스를 비롯한 CDMO들이 생산 역량 확장을 넘어 제약 산업의 다음 흐름이 무엇일지, 어떤 타깃과 기술이 필요해질지 한발 앞서 탐색하고 실험해 보는 역량이 더욱 중요해질 거라 봅니다.
교수님께서 꿈꾸시는 신경면역학의 미래, 더 나아가 신경면역학의 발전이 바꿀 ‘인류의 내일’은 어떤 모습일지 궁금합니다.
아직 모르는 게 너무 많은 분야라고 생각합니다. 그만큼 가능성도 무궁무진하고, 그래서 저도 너무 궁금하고요.
지난 20년 동안 바이오의약품은 항체치료제, 세포∙유전자치료제와 같이 점점 더 정밀하고 다양한 형태로 발전해 왔습니다. 그 바탕에는 면역 시스템을 향한 깊은 이해가 있었는데요. 지금 단계에서는 명확한 형태를 예측하기 어렵지만, 그래도 분명한 점은 앞으로 면역 시스템 자체의 이해와 더불어 면역계와 신경계의 상호작용에 대한 이해가 깊어질수록 지금과는 전혀 다른 개념의 치료제가 나타날 가능성이 있다고 봅니다. 어쩌면 우리가 상상하지 못했던 방식으로요.
항체(Antibody) 또는 항체 약물 접합체(ADC, Antibody Drug Conjugates), CAR-T 기반의 치료제를 넘어, 면역 반응 자체를 조절 하거나 신경 신호를 통해 면역 반응을 제어하는 치료제처럼 완전히 새로운 패러다임의 접근법이 등장할 가능성도 있지 않을까요? 지금은 그 가능성을 향해 조금씩 지도를 그리는 단계이고, 그 과정이 치료에 닿을 수 있기를 기대하고 있습니다.
*본 글은 전문가와의 인터뷰를 바탕으로 작성되었으며, 삼성바이오로직스의 공식 보도 방향과 다를 수 있습니다.
Share article
Related Content