[논문]전자파가 신경세포와 스트레스 반응에 미치는 영향에 관한 최신 연구동향

김주환; 이진구; 김학림

전자파가 신경세포와 스트레스 반응에 미치는 영향에 관한 최신 연구동향 원문보기

電磁波技術 : 韓國電磁波學會誌 = The Proceedings of the Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.29 no.3, 2018년, pp.21 - 31

김주환 (단국대학교 의과대학) , 이진구 (단국대학교 의과대학) , 김학림 (단국대학교 의과대학)

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문제 정의

하지만 전자파가 신경세포에 미치는 가능한 영향과 관련하여 다수의 연구들이 최근에 많은 관심 속에서 진행되었지만, 실험조건에 따라서 상반된 결과들이 보고되어 일반적인 이해까지는 아직도 해결해야 할 일이 많다. 따라서 본 연구는 전자파에 노출된 세포 또는 동물모델에서 중추신경계의 신경세포와 스트레스 반응에 대한 최신의 연구결과들을 살펴보고 요약하여 전자파가 생체조절기전에 미치는 영향에 관한 이해를 높이고자 한다.
HEK293 세포에 발현된 T-type 칼슘채널에 대한 전자파의 노출이 arachidonic acid 및 leukotriene E4를 증가시켜 채널을 억제한다^[48]. 이러한 결과는 전자파가 직접적으로 세포내 칼슘채널 발현조절 등에 영향을 주는 것 외에도 채널의 기능을 조절하는 세포내 신호전달체계에 대한 영향을 통해서 간접적으로 조절할 수 있음을 제시한다. 또한, 배아신경줄기세포에 대한 초저주파 전자파 노출(50 Hz, 1 mT)이 세포내 칼슘의 농도의 증가와 함께 TRPC1의 발현을 유의하게 증가시켜 신경분화와 신경증식을 유발할 수 있어 전자파 노출이 태아의 뇌신경계 발달에 영향을 미칠 수 있음이 제시되었다^[49].

제안 방법

특히 P/Q type과 N type calcium channel의 유의적인 증가가 관찰되었다. 이러한 결과는 신경섬유에서 측정된 흥분성 전류의 빈도를 유의하게 증가시키고, 신경소포 유리를 가속화 하였다. 그러나 835 MHz RF-EMF에 노출된 생쥐의 해마에서 측정된 칼슘이온채널은 유의하게 감소되었다^[45].

성능/효과

추가적으로 해마 (hippocampus)에서는 또 다른 자가포식 지표 단백질인 p62가 12주간의 전자파 노출에 의해 활성화됨을 확인할 수 있었다^[30]. 그러나 생쥐의 뇌 부위간에 자가포식의 활성도에 차이가 있었고, 뇌간(brainstem) 같은 경우는 자가포식활성이 아주 낮거나 활성이 없었다. 이는 전자파 스트레스에 대한 뇌 부위별로 나타나는 반응이 다른 것으로 추정된다.
혈당 항상성의 조절에서 인슐린과 렙틴의 양이 증가하면 저혈당이 유발되지만^[64]～[66], 오히려 전자파 노출 노화쥐에서는 인슐린과 렙틴의 양이 현저히 감소하였다. 더욱이 음식 섭취는 인슐린과 렙틴 수치의 변화와 관련이 있는데, 노화된 마우스에서는 전자파에 장기간 노출된 그룹의 일일 섭취량이 전자파에 노출되지 않은 그룹에 비해 유의하게 감소했다. 노화 쥐를 사용한 실험에서 시상하부에서 렙틴 수용체(ObRa, ObRb, ObRc, ObRe)의 발현은 전자파 노출에 의해 유의성 있게 증가하였다.
5 mT)에 하루 24시간 동안 4～6 주간 노출된 쥐에서 체중감소가 관찰되었다^[60]. 또한, 고주파 전자파(835 MHz, SAR 4 W/kg)에 하루 6시간 동안 8주간 노출된 ICR 생쥐에서 혹은 하루 5시간 동안 9주간 또는 12주간 노출된 노화질환 동물(SMP-30 KO 쥐)에서 현저한 체중감소가 관찰되었다. 이러한 연구결과에서 관찰된 전자파 노출에 의한 체중감소는 외부에서 노출되는 전자파가 스트레스 반응을 유발하여 생체내 당조절 대사 및 에너지 항상성 조절 기작에 이상을 유발하였을 가능성을 제시하고 있으므로, 전자파를 생체에 스트레스 반응을 유도하는 외부 스트레스 유발물질로 간주할 수 있다.
전자파에 의한 최신의 연구결과들을 살펴보면, 건강한 55마리의 수컷 Sprague Dawley(SD) 쥐(rat)에게 8개월 동안 지속적으로 전자기 펄스(Electromagnetic Pulse, EMP; 100, 10,00～10,000 pulses, field strength 50 kV/m and frquency 100 Hz)에 노출시켰을 때 기억력과 학습능력에 중요 뇌 부위인 해마(hippo- campus) 부위에서 자가포식의 주요 지표 단백질인 LC3-II가 대조군의 해마에서 보다 높게 발현됨을 단백질 발현 변화추적을 통해 보고하였다^[26]. 또한, 신경세포를 이용한 연구결과에 의하면 저주파전자파(LF-EMF)에 한 시간(1h) 동안 노출된 인간 신경 모세포 종 세포(SH-SY5Y)에서 자가포식의 주요 인자인 LC3B-II, Beclin 1 및 ATG7 단백질들의 발현이유의성 있게 증가됨을 밝혔으며, 형광염색을 통하여 LC3B가 활성화 됨을 보였다. 또한, 전자현미경을 통하여 이중 막구조의 autophagosomes과 phagophore 같은 자가포식 구조들이 전자파 노출 후 세포 내에서 다수 발견이 되었다 ^[27].
먼저 장기간 전자파에 노출된 생쥐의 대뇌 피질(cerebral cortex)에서 자가포식 관련 유전자들(AMPK1α, ULK1, ATG4/B, Beclin1/2, ATG5, ATG9A, LC3A/B)이 높은 발현 양상을 보였으며, 자가포식 지표 단백질인 LC3B-II 단백질이 또한 높은 활성을 보였다[28].
전자과민성을 측정할 수 있는 생물학적 지표들로 염증성 매개물질인 histamine과 과산화질소 생성 및 혈관뇌장벽(Blood Brain Barrier) 개방의 지표인 nitrotyrosin, 또 다른 혈관뇌장벽 지표인 Protein S100B, 그리고 O-myelin에 대항하는 순환성 자기항체 등이 제시되었으며, 전자파 노출 동물 실험에서 Hsp27 및 Hsp70의 증가가 확인되었다^[33]. 아울러 조기에 노출된 전자파는 malondialdehyde와 glutathione 수준을 증가시키며, 척수의 위축과 공포형성(vacuolization), 세포체에서 마이엘린의 비후화 및 불규칙화가 관찰되었다. 따라서 현저한 신경수초의 손상과 축삭으로의 함입이 나타났다^[34].
세포형태학적으로 전자현미경(TEM)을 통해 전자파에 노출된 생쥐의 뇌 부위에서 자가포식의 구조인 autophagosome과 autolysosome이 대조군에 비해 3～4배가량 높게 관찰되었다^[30]. 이러한 결과들은 전자파 노출에 의한 뇌 내의 신경 세포들의 반응으로 자가포식의 활성이 전자파 스트레스 환경에 대한 신경세포들의 주요한 적응기작 중 하나이며, 또한 중추신경기관의 항상성 유지를 위한 신경세포 스스로의 보호 작용을 담당하는 것을 제시한다.
장기간 전자파 노출은 노화 쥐의 시상하부에서 식욕조절관련 신경펩타이드의 발현에도 영향을 주었다. 전자파 노출에 의해 NYP와 AgRP와 같은 식욕촉진 펩타이드는 발현은 증가하였고, POMC와 렙틴과 같은 식욕억제 펩타이드의 발현은 유의하게 감소하였다(unpublished data). 이런 결과는 전자파 자극이 생체에서 혈당 조절 및 에너지 조절 대사에 영향을 줄 수 있음을 시사한다.
또한, 전자현미경을 통하여 이중 막구조의 autophagosomes과 phagophore 같은 자가포식 구조들이 전자파 노출 후 세포 내에서 다수 발견이 되었다 ^[27]. 중요하게도 전자파에 노출 후 인규베이션에서의 반응 시간이 길수록 자가포식의 활성도는 높은 수준으로 나타났다. 이러한 SH-SY5Y 세포에서의 자가포식활성은 전자파 스트레스에 대한 세포 스스로의 자가포식을 이용한 회복반응이 활발하게 일어남을 나타낸다.
5 mT)에 하루 24시간 동안 4～6 주간 노출된 쥐의 뇌하수체에서 스트레스에 반응하는 POMC mRNA 발현이 증가되었다^[60]. 하루 6시간 동안 고주파 전자파(835 MHz, SAR 4W/kg)에 한 달간 노출된 노화쥐의 시상하부에서 스트레스 반응 호르몬인 CRH mRNA 발현이 유의적으로 증가됨이 관찰되었다(unpublished data).

후속연구

이러한 변화는 발달 초기에 노출된 마우스에서 과잉행동장애 및 기억력장애 발생의 가능성을 제시하고 있다^[47]. 이러한 결과가 인간에게도 동일한 결과를 나타낸다는 것을 제시한다는 직접적인 증거는 없지만, 전자파의 노출은 이온채널의 발현 및 활성의 변화를 유발할 수 있으며, 특히 어린이들은 성인에 비해 특정 주파수대역에서 전자파 흡수율이 더 높은 것으로 조사되었으므로, 신경세포에서의 이온채널의 발현 및 활성변화와 관련하여 정확한 상관관계를 밝히기 위한 추가적인 후속연구가 요구된다^[5],[50].
그러나 이런 결과와는 달리 전자장의 자극이 부뇌실 신경성 줄기세포(subventricular neural stem cells)의 증식과 이동을 강화하여 탈수초화된 부위의 범위를 감소시키고, 재수초화를 촉진할 수 있음이 제시되었고^[37], 경두개 자기 자극(Transcranial Magnetic Stimulation: TMS)을 통한 신경성 질환에서 마비증상의 개선과 산화적 스트레스에 의한 세포손상이 감소하며, 항산화 작용이 증가한 것이 관찰되었다^[38]. 이러한 결과들은 신경수초에 대한 전자파의 손상유발 작용 외에도 상반되게 신경손상을 감소시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있으므로 신경수초에 대한 전자파의 영향을 확인할 수 있는 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자가포식의 종류는 어떻게 구분되는가?	이러한 자가포식의 종류에는 일반적으로 거대자가포식(macroautophagy), 미세자가포식(microautophagy), 그리고 소낭의 형성 없이 샤페론에 의해 단백질의 분해가 일어나는 샤페론 중개 자가포식(Chaperone-Mediated Autophagy: CMA)의 3가지 형태로 나뉜다[9]. 또한, 거대자가포식은 선택된 세포 소기관(oragenelles)에 따라 mitophagy(미토콘드리아), lipo- phagy(지질), pexophagy(퍼옥시솜, peroxisome), chlorophagy(엽록체), ribophagy(리보솜, ribosome), necleophagy(핵, nucleus)등으로 분류된다[10]～[13].
	전자기장에 노출되었을 때 가능한 생체 영향이 아직까지 확실하게 검증되지 않고 이와 관련된 연구 결과들이 부족함으로써 초래되는 결과는 무엇인가?	그러나 전자기장에 노출되었을 때 가능한 생체 영향은 아직까지 확실하게 검증된 바가 없으며, 가능한 건강유해성과 관련하여 명확한 답을 제시하기에는 생물학적 유해성에 대한 충분한 연구결과들이 부족한 실정이다. 따라서 전자기파의 생체 영향에 관한 다수의 미지한 상황에 따른 막연한 두려움이 존재하며, 일반적인 대중들에게 전자파의 생체 영향에 관한 과학적으로 근거 없는 부정적인 정보에 노출되게 한다. 이에 추가하여 다양한 연구자들에 의해서 발표된 연구결과들은 서로 상반되는 결과를 제시하기도 하며, 특히 전자파에 의한 생체 영향 기전에 대한 자세한 정보가 밝혀지지 않아서 막연하고 비과학적이며, 불확실한 정보에 기인하는 전자파 노출에 대한 두려움을 해결하지 못하고 있다.
	자가포식 작용은 어떠한 특성을 가지고 있는가?	세포자가포식(autophagy)은 세포 내 손상되고 노화된 세포 소 기관들과 불필요하게 응집된 단백질들을 분해하는 기능을 수행하는데, 이는 세포의 생존 및 항상성 유지를 위한 필수적인 일련의 세포보호 기작이다. 따라서 자가포식 작용은 건강한 상태의 유지를 위해 우리의 몸에서 항상 일어나고 있으며, 여러 가지 스트레스 상황에서는 효율적으로 빠르게 활성화되는 특성을 가지고 있다. 세포내의 자가포식 활성화 조절은 특히 현대인에게 대표적인 신경퇴행성 질환인 알쯔하이머(Alzheimer's disease)나 파킨슨병(Parkinson’s disease)은 신경세포 내에 비정상적으로 아밀로이드 베타(amyloid β) 또는 알파 시누크린(α-synuclien) 같은 단백질의 축적이 주요 원인이 된다[7].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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