노출 생물학 (Exposure Biology) 소개

1. Exposure Biology란?

환경 유해물질에 대한 노출 (exposure)과 바이오마커 (biomarkers)에 대한 정보를 바탕으로 생물학적 반응의 감수성을 이해함으로써, 질병의 원인(etiology)와 기작 (mode of action)을 연구하는 새로운 학문분야입니다.


2. 바이오마커 (biomarker)와 바이오모니터링(biomonitoring)은 무엇인가요?

벤젠으로 예를 들어 보겠습니다. 가령, 대기중 벤젠 노출되고 이를 흡입했다면, 혈액 또는 소변 중 벤젠의 양을 측정함으로써 노출 정도를 추정할 수 것입니다. 여기서 뇨 또는 혈중 벤젠은 노출 바이오마커 (biomarker of exposure)로 활용된 사례입니다. 벤젠에 지속적으로 노출되면, 벤젠의 대사 산물이 체내의 단백질이나 DNA와 화학적으로 결합하게 되고, 이를 각각 DNA-adduct 또는 protein-adduct이 형성되었다고 말합니다. 또 장기적으로 염색체에 손상(chromosome abberation)을 일으키거나, 혈구수의 감소를 초래하기도 합니다. 혈구수 감소에 의한 벤젠 중독 (benzene-poisoning)과 같은 임상적 진단 전에도 protein-adduct 또는 DNA-adduct의 형성과 염색체 이상은 발견할 수 있기에 정상 수준 이상의 protein 또는 DNA-adduct의 형성은 전임상적 마커 (biomarker of effect)로서 활용될 수 있으며, 질병의 조기 진단 및 발생 기작 연구에 중요한 단서를 제공합니다. 이 밖에 감수성 바이오마커 (biomarker of susceptibility)도 있습니다. 활성 CYP2E1을 가진 사람이 비활성 CYP2E1 효소를 가진 사람보다 유해한 벤젠의 대사산물을 많이 만들기 때문에 벤젠 중독에 보다 민감하다는 보고는 이를 잘 뒷받침합니다. 이와 같이 생물학적 시스템 또는 생체 시료 내에서 발생하는 어떤 event에 대한 지표 물질 (indicator)을 통칭 “바이오마커”라고 합니다.


3. 왜 Exposure Biology가 필요합니까?

이와 같이 바이오마커는 환경 유해물질에의 노출과 이에 대한 임상적/전임상적 징후 및 감수성을 알려 주기에 환경/건강 위해성 평가와 의약학 분야에서 많이 활용되고 있습니다. 인간 유전체의 해독 완결 이후, genomics, proteomics 등 나날이 새로운 기술이 도입되고 우리의 생물학적 지식도 폭발적으로 증가하고 있지만, 특히 환경성 질환 및 건강 장애에 있어, 그 원인(etiology) 또는 기작(mode of action)은 상당부분 밝혀지지 않았고, 각종 -omics의 기술을 조기진단 및 예방에 활용하기에 많은 한계가 존재합니다.
지금까지 많은 노출 연구가 위해성 평가에 활용되면서 진행되었지만, 이들이 환경성 질환에 대한 기전과 결부되어 이루어지지 않았고, 환경성 질병의 원인과 진단을 위한 연구도 정확한 노출평가와 결부되어 이루어지지 못했습니다. 올바른 질병의 예방과 조기 진단 및 치료를 위해서는 실험설계에서부터 노출과 기전 및 질병 등 건강영향에 대한 고려가 필요합니다. Exposure biology는 노출에서 질병까지의 일련의 과정에서 결여된 우리 지식의 퍼즐을 채우는 학문입니다.


4. Exposure biology에서는 구체적으로 무엇을 합니까?

환경중 유해물질이 건강장애를 일으키는 모델을 다음 그림과 같이 모식적으로 나타낼 수 있습니다. 즉, 환경물질에의 노출로 인해 체내로 들어온 유해물질의 일부(biologically effective dose)는 실제로 early biological effects 또는 전임상적 구조-기능 변화에 이어 임상적 질환으로 발전하게 되고 이 과정은 유전적 요인 (genetic factors)과 환경적 요인(environmental factors)이 복합적으로 간여(epigenetics)합니다. 각 영역별 관심사를 용량(dose), 기전 (mode of action) 및 병인론(etiology)로 표시할 때, Exposure biology는 이 모든 과정을 포괄지만, 각각 수준이 바이오마커로 연구될 수 있는 분야이기에 노출/전임상/감수성 바이오마커의 연구를 통한 노출과 건강영향 평가로써 특화할 수 있겠습니다.



본 연구실에서는 관심을 가지는 연구 분야의 소개를 통해 Exposure biology가 구체적으로 어떤 일을 수행하는지 알아 보겠습니다.


5. 서울대 보건대학원의 Exposure Bology Lab.에서는 어떤 일을 수행합니까?

[Dose 연구]
- exposure biomarker를 통해 실제 노출량 추정/평가
- 생체 시료 중 유해물질 또는 대사체의 분석을 통한 exposure biomarker 개발
- protein 또는 DNA Adduct 측정을 통한 biologically effective dose 추정
- targeted genetic markers

[Mode of action 및 대사 기전 연구]
- 독물 동력학(Toxicokinetics/Toxicodynamics)을 이용한 대사 경로 평가 및 용량-반응 관계 연구
- Physiologically-based pharmacokinetics (PBPK)를 활용한 노출량 평가 및 결과 추정
- 산화적 스트레스 (oxidative stress) 마커를 활용한 작용기전 연구 (mode of action)
- 대사 결정 인자로서 감수성 결정 인자 연구
- multi-panel of inbred mouse study:
DNA-chip을 이용한 toxicogenomics 활용하여 감수성 결정 유전인자 네트워크 구축
- epigenetic study:
환경성 인자와 결부된 global methylation 및 특정 유전자의 methylation 연구

[Disease etiology 연구]
- 환자-대조군 연구 및 코호트 연구 시료 및 자료의 활용
- inbred mouse에서 확인된 유전자에 대한 역학 연구
- 특정 환경성 질환에 대한 노출량 평가 및 기전 연구
- 태중 오염 물질 노출량 추정과 신생아 건강장애 연구
- 환경 오염 지역의 일반인 건강 실태 조사
- 환경 오염 물질 노출과 노화 촉진 인자에 관한 연구