인간의 골은 골형성과 재형성을 통해 항상성을 유지하지만, 골아세포 활성 감소나 파골세포 활성 증가 등으로 골대사 질환이 발생한다. 철, 구리, 아연 등 미량 무기질의 영향은 주로 폐경 전후 여성에 대해 연구되었으므로, 가임기 여성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 조골세포 배양법을 이용하여 식품 유래 물질 중 골대사에 영향을 미치는 물질을 찾는다. 이 방법을 통해 무기질 성분 ENA-A를 찾아냈고, 이는 골다공증 예방에 활용될 수 있다.
<h1>서 론</h1> <p>인체의 골은 형성(bone modeling)과 재형성(bone rerodeling) 과정을 통하여 그 항상성을 유지하게 된다. 골의 형성은 태생기부터 시작하여 골격이 성숙되어 성장이 끝나는 청장년기까지 지속되며 조골세포(osteoblast)의 활동으로 인한 골형성이 파골세포(ostcoclast)의 활동으로 인한 골흡수보다 훨씬 많게 된다. 골의 재형성은 이미 성장이 끝난 후 오래된 골을 제거하고 다시 새로운 골로 대치되는 과정으로, 골 개조 단위(bone remodeling unit)에서 이러한 골아세포 활성과 파골세포 활성의 균형을 통하여 그 항상성이 유지된다. 그러나 골아세포 활성도의 약화로 골형성이 감소되거나 파골세포의 활성도가 강화되어 골의 흡수가 증가되는 경우, 또는 두 가지 요소가 동시에 작용되는 경우에 골대사 질환이 생긴다.</p> <p>대표적인 골대사 질환인 골다공증은 효과적인 치료 방법이 없기 때문에 예방이 가장 중요하며, 현재까지 알려진 최선의 치료는 성장기 동안의 최대 골질량(peak bone mass)을 극대화하고 골손실 위험 인자를 피하는 것이라고 한다. 특히 골밀도는 무기질과도 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있는데 칼슘, 인 등의 다량 무기질과 골밀도에 대한 연구가 주로 보고되어 왔다. 최근 철, 구리, 아연과 같은 미량 무기질이 골대사와 상관관계가 있다는 일부 연구가 보고 되면서 이에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 철은 골격의 무기질화가 일어나는 콜라겐 합성에 필수적이라고 하며, Angus 등은 폐경 전 여성을 대상으로 골밀도를 측정한 연구에서 대퇴경부의 골밀도와 철의 섭취량 간에 유의적인 양의 상관관계를 보였다고 하였다. 또한 구리와 아연의 식사섭취도 최대 골질량을 확보하고, 골밀도를 유지하는데 필요한 인자로 보고되었다. 이와 같이 철, 구리, 아연과 같은 미량 무기질의 영양상태가 골밀도에 영향을 줄 수 있음이 제시되고 있으나 폐경 전후의 여성을 대상으로 한 일부 보고에 그치고 있어, 가임기 젊은 여성을 대상으로 골밀도와 철, 구리, 아연 영양상태와의 상관관계를 알아보는 연구가 필요하다.</p> <p>이러한 연구에 있어서 사용되는 골아세포의 배양법은 골의 대사 즉 골형성 및 흡수, 골세포의 생성 및 분화 등의 연구와 각종 호르몬이나 성장인자, cytokines 등이 골대사에 미치는 효과 그리고 식품유래 천연물질의 골대사 조절물질을 검색하는데 비교적 간편하면서 유용한 방법으로 소개되고 있다. 골세포의 세포활성과 관련된 연구에서 유용하게 이용되고 있는 mouse calvaria 유래의 MC3T3-E1 osteoblastic cell은 in vivo 골형성 과정 중 세포의 증식, 분화, 석회화 등 골아세포와 유사한 대사적 특징을 가지고 있으며 적절한 자극 하에 골수의 stromal cell이나 결합조직의 mesenchymal stem cell이 분화되어 생긴 것으로, 조골세포 전구체(osteoprogenitor)로부터 전조골세포(pre-osteoblast)와 조골세포, 그리고 골내막세포(bone lining cell) 또는 골세포(osteocyte)로 분화되는 과정에 속하는 세포이다. 조골세포는 골 표면에 근접해 있으며 세포질내에 과립 형질내 세망이 발달해 있고, 핵 주위로 골지체가 위치하며, 골지체 바깥 세포질에 사립체가 존재하며, 세포막에 당단백 효소인 alkaline phosphatae(ALP)를 가지고 있다. 이 효소는 기질 특이성과 염기성 \( \mathrm{pH} \)에서 최적의 활성을 나타내며 세포외막과 석회화 조직의 기질소포에서 높은 농도로 발견되어 석회화 과정 동안 무기인산의 운반, 세포분열이나 분화의 조절자로써 역할을 한다. Stein 등은 골세포 표지인자로 염기성 분해효소 활성도를 측정하여야하며, 골세포 분화의 표지인자라고 하였다.</p> <p>한편 일부 연구에서 여러 무기질과 골밀도간의 상관성에 관한 약간의 보고도 있지만 이러한 선행 연구들은 식사를 통한 무기질의 섭취 상태와 골밀도 간의 상관성에 관한 연구로 세포수준의 연구는 거의 없는 실정이다. 그러므로 조골세포를 이용한 세포의 활성과 골형성 관련 효소 활성의 상관성을 살펴보는 연구가 필요할 것으로 사료된다. 이에 본 연구에서는 조골세포를 이용한 in vitro screening system을 식품유래천연물질 중 조골활성 및 분화인자를 가지는 물질을 검색하는 방법으로 활용하였고 이를 통해 무기질성분을 함유한 ENA-A와 골다공증 예방을 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.</p>