메틸렌 블루, 타우, 아밀로이드: 단백질 제거 기전이 서로 다른 이유

메틸렌 블루가 알츠하이머병 관련 단백질에 어떤 영향을 미치는지 물으면, 조건을 붙인 세 가지 답을 들어야 할 자리에 단정적인 답 하나가 돌아오곤 합니다. 시험관에서는 타우가 서로 달라붙는 것을 방해합니다. 한 생쥐 모델에서는 타우에는 변화를 주지 않으면서 가용성 아밀로이드를 낮춥니다. 다른 모델에서는 애초에 아밀로이드를 만드는 효소를 억제합니다. 이 결과들은 모두 실제로 관찰된 것입니다. 하지만 어느 것도 전체 이야기는 아니며, 모두 같은 동물에서 동시에 일어나는 것도 아닙니다. 이 글은 이 세 가지를 구분해 한 실험의 결과가 다른 실험의 증거로 인용되는 일을 막고자 합니다.

메틸렌 블루가 세포 안에서 어떻게 작용하는지 더 넓은 그림을 보고 싶은 독자는 해당 글부터 읽는 것이 좋습니다. 이런 작용이 실제로 환자에게 도움이 되었는지 알고 싶은 독자는 알츠하이머병 임상 연구 기록을 읽어야 합니다. 사람을 대상으로 한 임상시험 결과는 그 글에서 다룹니다. 이 글에서는 그 내용을 반복하지 않습니다.

타우에 관한 결과는 응집 분석에서 나온 것이다

세 가지 이야기 중 가장 오래된 것은 신경섬유 엉킴을 형성하는 단백질인 타우에 대한 무세포 실험에서 시작됩니다. 타우-타우 결합 분석에서는 타우 단편들이 모여 쌍나선 필라멘트를 형성하며, 메틸렌 블루를 포함한 페노티아진계 염료는 낮은 마이크로몰 농도에서 그 형성을 차단합니다. 이후 생화학 연구는 이에 대한 화학적 설명을 제시했습니다. 염료가 타우의 시스테인 잔기를 산화해 단량체 형태를 안정화하고, 그렇지 않으면 자라났을 섬유의 형성을 억제한다는 것입니다. 보고된 타우 응집 억제 농도는 대략 한 자릿수에서 수십 마이크로몰 초반에 걸쳐 있으며, 이 범위는 뒤에 나오는 모든 내용을 이해하는 데 중요합니다.

이것이 어떤 종류의 주장인지에 주목해야 합니다. 타우 생성이나 살아 있는 뇌에서의 타우 인산화, 타우 제거에 관해서는 아무것도 말해주지 않습니다. 정해진 시험관 조건에서 산화된 염료가 타우가 쌓이는 것을 막는다는 뜻입니다. 이는 정확하고 범위가 좁으며 유용한 결과입니다. 문제가 시작되는 것은 이를 메틸렌 블루가 타우 병리를 제거한다는 일반적인 주장으로 확대할 때입니다. 동물 실험 데이터는 그런 해석에 부합하지 않기 때문입니다.

프로테아솜에 관한 결과는 3xTg-AD 생쥐에서 나왔으며, 아밀로이드와 타우의 결과는 갈렸다

평가 지표별 결과가 가장 명확하게 갈린 실험은 알츠하이머병 관련 돌연변이 세 가지를 가진 생쥐를 대상으로 한 16주간의 식이 연구입니다. 생쥐는 생후 6개월부터 메틸렌 블루가 포함된 사료를 먹었고, 연구진은 프로테아솜, 아밀로이드 수치, 타우라는 세 가지를 동시에 측정했습니다.

프로테아솜에는 변화가 있었습니다. 키모트립신 유사 활성은 약 4분의 1, 트립신 유사 활성은 약 절반 증가한 반면, 세 번째 촉매 활성에는 유의한 변화가 없었습니다. 가용성 아밀로이드-베타 40과 42는 각각 약 4분의 1 감소했습니다. 저자들은 전구체 단백질과 그 처리 과정에서 생기는 단편에 변화가 없었기 때문에 이를 생성 감소가 아닌 제거 증가로 해석했습니다. 수중 미로 탐색 시험에서는 학습과 기억도 개선되었습니다.

하지만 모든 결과가 함께 움직인 것은 아니었습니다. 불용성 아밀로이드에는 변화가 없었습니다. 플라크 염색에도 변화가 없었습니다. 총 인간 타우와 트레오닌 181 부위의 인산화 타우에도 변화가 없었으며, 타우의 비정상적 위치 분포도 달라지지 않았습니다. 미토콘드리아 지표 역시 변하지 않았습니다. 시토크롬-c 산화효소 활성, 산화효소 단백질, ATP에 유의한 영향이 없었습니다. 따라서 이 모델과 투여 조건에서 메틸렌 블루는 세 가지 프로테아솜 활성 중 두 가지를 높이고, 가용성 아밀로이드를 낮추고, 한 행동 지표의 저하를 회복시켰지만, 타우 지표와 불용성 아밀로이드, 측정된 미토콘드리아 지표는 그대로 두었습니다.

한 가지 주의점은 이 논점을 약화하기보다 더 명확하게 합니다. 이 생쥐들은 실험 당시의 나이에 아직 타우 응집체가 생기지 않았으므로, 이 실험으로 메틸렌 블루가 타우 엉킴에 효과가 없다고 판단할 수는 없습니다. 이 실험이 보여주는 것은 측정된 타우 지표가 변하지 않는 동안에도 가용성 아밀로이드는 감소할 수 있다는 사실입니다. 이는 바로 이 주제에서 필요한, 한 단백질은 변하고 다른 단백질은 변하지 않은 결과입니다. 메틸렌 블루의 프로테아솜 활성화가 두 가지 대표적 병리 단백질을 함께 제거한다고 생각했다면, 이 연구는 그 생각을 바로잡아 줍니다.

아밀로이드 생성에 관한 결과는 노령 PSAPP 생쥐에서 나왔으며, 앞선 기전과 상반된다

연구진도, 모델도 달랐고, 상위 과정에 대한 설명도 정반대였습니다. 15개월령 PSAPP 생쥐를 대상으로 한 3개월간의 위관 투여 연구에서는 매일 3 mg/kg을 경구 투여하자 뇌 여러 영역의 플라크 부담이 약 3분의 1에서 절반 정도 감소했습니다. 전용 분석법으로 측정한 올리고머를 포함해 여러 아밀로이드 분획도 줄었습니다. 하지만 여기서 제안된 기전은 제거 속도의 증가가 아니라 생성 감소였습니다. 뇌의 BACE1 단백질과 그 산물인 C99는 감소했지만 전령 RNA는 감소하지 않았습니다. 이는 유전자 발현 감소보다는 단백질 수준의 효과를 시사합니다.

세포 실험은 이 설명을 더욱 뒷받침했습니다. 재조합 효소를 이용한 무세포 분석에서 메틸렌 블루는 BACE1을 직접 억제했습니다. 인간 아밀로이드 전구체 단백질을 발현하는 햄스터 난소 세포에서는 전구체 자체는 변하지 않은 채, 1.56 마이크로몰처럼 낮은 농도에서도 분비되는 아밀로이드 40과 42가 감소했습니다. 전구체 처리 단편에는 변화가 없었고 제거가 원인으로 해석되었던 앞선 연구와 대조됩니다. 모델, 나이, 용량, 투여 경로, 기간이 다르므로 두 결과를 하나의 보편적 기전으로 설명할 수는 없습니다. 바로 이것이 핵심입니다. 메틸렌 블루의 아밀로이드에 대한 효과는 한 실험 조건에서는 생성을 통해, 다른 조건에서는 제거를 통해 나타납니다. 어느 쪽이든 그 실험 조건을 빼고 인용하면 오해를 부릅니다.

하나의 화학 작용, 여러 표적: 시스테인 산화라는 연결고리

또 다른 연구 흐름은 하나의 산화환원 화학 작용이 서로 관련 없어 보이는 단백질 연구에서 어떻게 나타날 수 있는지 설명합니다. 카스파아제 억제에 관한 생화학 연구에서 메틸렌 블루는 카스파아제-6의 촉매 시스테인을 술펜산으로 산화해 효소를 불활성화했습니다. 이는 질량분석법으로 확인되었으며, 최대 효과의 절반에 이르는 농도는 약 10.6 마이크로몰이었습니다. 카스파아제-3도 비슷한 농도에서 억제되었습니다. 저자들은 이를 타우 문헌과 명시적으로 연결했습니다. 타우를 단량체로 유지하는 것으로 제안된 시스테인 산화 작용이 시스테인 단백질분해효소를 불활성화할 수도 있으며, 유효 농도 범위도 겹친다는 것입니다.

이는 명쾌한 설명인 동시에 주의가 필요한 대목입니다. 노출된 시스테인을 산화하는 산화환원 활성 분자는 활성을 나타내는 농도에서 표적이 하나에 그치지 않을 것입니다. 타우 응집 해체와 카스파아제에 관한 이야기, 그리고 어쩌면 다른 이야기들도 서로 다른 대상에 같은 화학 작용이 일어난다는 공통점이 있습니다. 그렇다고 이 결과들을 서로 바꾸어 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 이는 용량과 맥락에 따라 어떤 표적이 중요한지가 결정되며, 하나의 시스테인 의존적 과정을 겨냥한 장기 투여가 다른 과정에도 영향을 줄 수 있다는 뜻입니다. 카스파아제 연구 저자들도 이 점을 직접 언급했습니다. 메틸렌 블루의 산화환원 화학 작용이 어떻게 표적을 선택하는지, 프로테아솜 활성화가 다른 응집 단백질에 어떤 의미를 갖는지, 장기 투여가 표적 양상을 바꾸는지에 관한 질문은 각각 별도로 다룰 필요가 있습니다.

평가 지표별 기전: 각 결과는 어느 모델에서 나왔는가

표를 행별로 읽으면 교훈은 분명합니다. 모든 열에서 변화를 보이는 행은 하나도 없습니다. 아밀로이드 생성에 관한 가장 강한 결과는 프로테아솜을 전혀 검사하지 않은 연구에서 나왔습니다. 프로테아솜에 관한 가장 강한 결과는 전구체 처리 과정에 변화가 없었던 연구에서 나왔습니다. 타우에 관한 결과는 대부분 시험관 실험과 비표적 효소에도 작용하는 공통의 화학 작용에 근거합니다. 이 열들을 합쳐 메틸렌 블루가 병리 단백질 전반을 제거한다는 하나의 주장으로 만드는 사람은, 실제로 수행된 적 없는 실험을 대상으로 종설을 쓰는 셈입니다.

이러한 엄밀함은 환자에게도 적용되어야 합니다. 이 기전들이 모여 임상적 이득으로 이어지는지는 별도의 질문이며, 그에 관한 임상시험과 판단도 따로 있습니다. 그 답은 이 글이 아니라 알츠하이머병 임상 근거에서 다룹니다.