연구 보고서
중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.
카본블랙 미세입자 노출에 의한 순환기 독성지표 검증 및 독성기전 규명 연구
- 연구책임자
- 이무열,김상겸,박광식,한정희
- 수 행 연 도
- 2011년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1. 연구 필요성 및 목적 카본블랙 (carbon black, CAS No. 1333-86-4)은 입자상의 탄소 물질로서 고무보강제나 염료 등의 용도로 널리 사용된다. 작업장에서 흡입을 통한 노출 가능성이 높으며, 심혈관계 유해성이 우려되는 중요한 산업물질이다. 본 연구진은 전년도 동물 실험을 통하여 호흡기를 통한 카본블랙의 노출이 혈중 호모시스테인 (homocysteine)을 높일 수 있음을 확인한 바 있다. 호모시스테인은 동맥경화, 심근경색, 고혈압 등과 같은 심혈관질환의 위험인자 (risk factor)로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 카본블랙 노출에 의한 혈중 호모시스테인의 증가 기전과 카본블랙의 주요 표적분자를 밝히고자 하였다. 또한 공단에서 제공되는 카본블랙 노출 동물을 대상으로 카본블랙이 혈중 호모시스테인을 증가시킬 수 있음을 재확인하고 본 연구에서 확인된 호모시스테인 증가 기전의 타당성을 검증하고자 하였다. 이를 통해 혈중 호모시스테인이 카본블랙 심혈관 유해성의 신뢰성 높은 독성지표임을 증명하고, 과호모시스테인혈증(hyperhomocysteinemia)과 관련된 표적분자를 제시하고자 하였다. 2. 연구내용 및 방법 전년도에 입자 발생기로 카본블랙을 제조하여 흡입을 통해 노출시킨 실험동물을 공단 측으로부터 제공받은 바 있으며, 이를 이용한 실험에서 카본블랙이 과호모시스테인혈증을 유발함을 확인하였다. 혈중 호모시스테인은 주로 간에서 합성, 분비된다. 따라서 카본블랙에 의한 혈중 호모시스테인의 증가 기전을 규명하기 위하여 전년도에 제공받았던 카본블랙 노출동물의 간에서 호모시스테인 관련 대사계를 분석하였다. 간 조직에서 호모시스테인과, 관련 대사체인 시스테인 (cysteine), 메티오닌 (methionine), 호모시스테인, S-아데노실메티오닌 (S-adenosylmethionine), S-아데노실호모시스테인 (S-adenosylhomocysteine) 등을 정량하였다. 호모시스테인 합성 및 대사를 매개하는 다양한 효소들의 발현 변화를 면역블롯분석 (immunoblot analysis)을 통해 측정하였으며, 특이적 기질을 이용하여 호모시스테인 대사효소들의 활성을 분석하였다. 또한, 카본블랙에 의한 전신적 산화적 스트레스를 평가하기 위하여 항산화 효소계의 발현을 조사하였으며, 배양 세포계에서 카본블랙이 호모시스테인 유출 (efflux)에 미치는 직접적인 영향을 시험하였다. 전년도와 비교하여, 물질, 농도, 노출방법 및 기간 등을 달리하여 카본블랙을 노출시킨 실험동물을 공단 측으로부터 제공받아 혈중 호모시스테인의 증가와 그 기전을 검증하였다. 3. 연구결과 카본블랙의 노출은 간에서 호모시스테인과, 관련 대사체인 시스테인, 메치오닌, 호모시스테인, S-아데노실메티오닌, S-아데노실호모시스테인 등의 수준에 아무런 영향을 미치지 않았다. 또한 호모시스테인 합성 및 대사를 매개하는 methionine adensyltransferase, S-adenosylhomocysteine hydrolase, methionine synthase, cystathionine β-synthase, betaine-homocysteine methyltransferase, methylenetetrahydrofolate reductase, γ-glutamylcysteine ligase, cysteine dioxygenase 등의 발현에도 변화를 유발하지 않았다. 호모시스테인 대사 효소들의 활성을 분석한 결과, 노출용량 의존적인 cystathionine β-synthase의 활성 감소를 관찰하였으며, 통계적인 유의성을 확인하였다. 항산화효소들을 분석한 결과, 카본블랙 노출에 의한 superoxide dismutase, catalase, glutathione S-transferase, glutathione reductase, glutathione peroxidase, peroxiredoxin 등의 발현 변화는 관찰되지 않았다. 배양 간세포를 이용한 실험에서 카본블랙 N330과 N990은 CYP1A1을 유도하지 않았으며, 호모시스테인의 유출을 유발 혹은 촉진하였다. 공단 측으로부터 카본블랙 Printex 90을 흡입 노출시킨 동물을 제공받아 혈중 호모시스테인과 간 cystathionine β-synthase 활성을 분석하였으나 유의미한 차이를 발견할 수 없었다. 이상의 결과는 카본블랙이 cystathionine β-synthase 활성을 차단함으로써 간 호모시스테인 대사를 억제할 수 있으며, 호모시스테인의 대사 억제는 호모시스테인의 축적을 유발함으로써 과호모시스테인혈증에 기여할 수 있음을 제시한다. 그러나 Printex 90 노출 동물에서 과호모시스테인혈증이 확인되지 않았으므로, 혈중 호모시스테인을 카본블랙의 심혈관 독성지표로 활용하기 위해서는 더많은 연구를 통한 검증이 필요할 것이다. 4. 활용 및 기대효과 본 연구를 통하여 cystathionine β-synthase가 카본블랙의 주요 표적분자임을, 그리고 혈중 호모시스테인이 심혈관계 독성 지표가 될 수 있음을 제시하였다. 본 연구의 결과는 향후의 검증을 통하여 카본블랙 노출 평가와 순환기계 위해성 평가에 활용될 수 있으며, 카본블랙 작업장에서의 안전관리 방안 마련에 필요한 과학적 근거가 될 것이다. 5. 중심어 카본블랙, 호모시스테인, 독성지표, 심혈관독성, 시스타치오닌 베타-합성효소
