중간엽 줄기세포

崔　昌浩　Chan Hau Cui
梅泽 明弘　Akihiro Umezawa
国立成育医疗中心

세포의료·재생 의료에 있어서, 공급원이 되는 세포의 하나로 중간엽 줄기세포가 있다. 표피세포, 각막상피세포가 현실의 재생 의료에 이용되고 있는 것과 같이, 중간엽 줄기세포가 성형 외과, 치과 구강외과, 순환기과, 정형외과의 영역에서 세포제제로 여겨지고 있다. 골수유래의 중간엽 줄기세포의 이식은, 이식편대숙주병(GvHD)에 대한 치료 선택사항으로서 임상시험이 개시되었다. 게다가, 그 증식 능력이 높은 것과 동시에 유전자도입이 용이한 것으로, 유전자치료의 대상이 되는 세포로서 생각된다. 중간엽 줄기세포연구의 역사는 길고, 동일 또는 유사한 세포에 대하여 가지가지 호칭이 존재한다. 또, 중간엽 줄기세포를 규정하는 마커의 측정에 대한 연구도 정력적으로 진행되고 있다.

Key word:　중간엽 줄기세포, 세포의료, 재생 의료, 태반, 골수, CFU-F

중간엽 줄기세포의 개념은 널리 알려지고 있어, 세포의료에 있어서도 그 이용하기 쉬움으로부터, 공급원으로서 채용되는 것도 많다. 그러나, 중간엽 줄기세포의 연구가 급속히 진보되고 있는데도 불구하고, 그 특징에 관한 확실한 정보가 없는 것 같이 생각된다. 그것은, ES세포, ips세포 및 다른 체성 줄기세포에 비교해 보면, 그 표면항원의 해석, 분화 능력, 증식 능력에 관해 명확해지지 않고 있는 점이 있고, 야유적인 표현을 하면, 연구자 각자가 중간엽 줄기세포라고 부르고 상황이다. 줄기세포로서의 특징과 기능을 실험면에서 명확히 하는 것이 금후, 세포의료에 있어서 중간엽 줄기세포의 활용에 연결될 것이다.

중간엽 줄기세포연구의 역사
중간엽 줄기세포라고 하는 개념은, 자기복제 능력이 있고 복합분화 능력을 소유하고 있는 중간엽 줄기세포로부터 오는 것이며, 어떤 조직에서 유래하는지는 관계 없다. 그러나, 초기에 있어서는 골수에서 유래하는 간질세포가 자기복제 능력을 소유하고 있엇기에, 중간엽 줄기세포는 골수에서 유래하는 것이라고 이해되어 온 바가 있다.

Tavassoli는 골수유래의 간질세포를 골수이외에 이식한 결과, 뼈형성능력이 있었던 것을 지적하고, 극미형태학적인 어프로치를 포함시킨 형태학적인 해석을 진척시켰다1). 그 후, Friedenstein에 의한 골수세포의 이식에 의해, 골수중에 존재하는 마이너 분획에 뼈형성능력이 존재하는 것이 밝혀졋다2). Friedenstein들의 그 후의 연구에서 아주 중요한 것에, 시험관내에 있어서의 골수간질세포성분의 콜로니 형성능력이 있다고 한것 이다3). Colony-forming unit fibroblastic (CFU-Fs)은, 원래 조혈계에 사용되어 온 콜로니 형성을 생기게 하는 단위로서 사용되어 온 것을　중간엽 세포에　외삽해 사용한 것에 의해, 이해하기 쉬움이 있었던 것이라고 저자는 이해하고 있다. 그것은, CFU-s (spleen), CFU-c (in culture)이라고 불린 조혈계 줄기세포의 수량 단위다. CFU-F는 조혈계 줄기세포와 같이 정의되어 왔다. 다시 말해, 세포수와 콜로니 형성능력과의 상관성, 염색체 마커, thymidine 라벨의 수법을 가지고 증명되어, 이식하는 것에 의해 뼈, 연골, 지방조직, 섬유성 조직을 형성하는 것으로, 생체에 있어서의 기능을 증명해, 그 존재 가치를 높이고 있었다. 골수간질세포라고 불린 적이 많았지만, 뼈유래줄기세포, 골수간질줄기세포라고도 불리웠다.

중간엽 줄기세포의 이름을 극적으로 알리게 한 것은, 인체중간엽 줄기세포의 상업적 가치와도 더불어 발표된 Pittenger들에 의한 1999년의 <Science>지 논문이다4). 이 논문에서도 역시 골수유래중간엽 줄기세포로 발표되었고, 개념적으로는 마우스로 사용해 온 연구와 별로 다름없는 발표이었지만, 가소성·복합분화능력에 관한 실험이 자세하게 기술되어, Google Scholar에서 체크하면 이미6,000보를 넘는 인용이 있었다. 이것은 중간엽 줄기세포의 역사가 성숙해 온 것과 연관되고 있지만, 동시에 시대적으로 인체ES세포가 수립되어, 주목을 받은 타이밍과 일치하고 있다. 배성줄기세포에 대한 체성줄기세포의 대표로서, 중간엽 줄기세포는 그 존재를 확대했다.

그 후, Verfaillie들에 의해 multipotent adult stem cells이 <Nature>지에 발표되어, 중간엽 줄기세포는 더욱 주목을 받아 왔다5). 그러나, 이 MAPC세포는 재현성을 얻을 수 없다는 것, 논문의 일부에 문제가 있었던 것으로 과학적인 가치는 얻을 수 없었지만, 일본에 있어서도 연구가 행해지고, 중간엽 줄기세포의 평판을 높인 것은 틀림 없다. 야유적인 표현이지만, MAPC세포연구를 하여 온 연구자는 어떻게 원래 논문과 같은 결과를 얻을 수 있었던 것일까라고 생각하면서도, 사실일지도 모르니, 될수 있다면MAPC세포를 세포 뱅크에 기탁해 , 많은 연구자에게 공개하면 고맙다고 생각한다.

중간엽 줄기세포는 옳은 통칭인가?
그 앗세이법은?
전술한 것 같이, 중간엽 줄기세포연구는 골수간질유래로 진척되어 왔지만, 시험관내에 있어서의 앗세이는 불명료한 곳이 많고, 한개 세포가 자기복제 능력을 나타낸다고 하는 사실은 아직도 증명되지 않고 있다고 생각하고 있다. 조혈계 줄기세포와 같이 생체에 있어서의 앗세이계가 확립되고 있는 것이 필요 불가결하지만, 한개 세포유래다 (a single cell-derived clone)라는 증명이 어렵고, 현실적으로는 생체로부터 채집한 중간엽 줄기세포의 증명을 할 수 없다. 보편적으로 행하여 지고 있는 것은 불멸화된 세포주를 채용한 연구이며, 한개 세포주에서 유래하는 크롱(clone)이 복합분화 능력을 나타내는 것이 중간엽 줄기세포가 존재하는 방증이 되고 있다. CFU-F로 해서도, 하나의 콜로니내에 복합분화 특성을 나타낸 논문은 없다. 되풀이하면, 옳은 앗세이로서 제공될 것은, ①생체내에 있어서의 이식 실험에서의 줄기세포성의 증명, ②한개 세포유래에 의한 복합분화 능력성의 증명, ③복합분화 능력을 보유한 채 줄기세포가 복제 능력을 소유하고 있다는 증명,의 세개다. 조혈계 줄기세포 및 신경줄기세포에 비교하면 줄기세포의 증명은 치졸하다.

앗세이법이 확립되면, 그 표면 마커의 혼란이 없어질 것이다. 또, 골수뿐만 아니라, 활막, 지방, 치수를 비롯한 골수이외의 조직의 중간엽 줄기세포에 대해서도 같은 검토가 가능해진다. 조혈계 줄기세포나 신경줄기세포와 달라, 중간엽 줄기세포는 대부분 모든 조직으로부터 얻을 수 있다고 하는 특징이 있어, 혼란이 생기는 하나의 이유로 되고 있다.

그것뿐만 아니라, 분화 능력에 관해서도 같은 것을 말할 수 있다. Friedenstein들의 원래 연구에서는 뼈, 연골, 지방, 섬유아세포, 간충직세포로서 보고되었지만, 현재에는 복합분화 능력에 골격근, 평활근, 심근, 내피까지 포함되어 있다. 또, 외배엽에 유래하는 신경, 내배엽에 유래하는 간세포, 췌장β세포에의 분화가 보고되어 있다. Woodbury의 최초의 “중간엽 줄기세포로부터 신경 세포에”의 논문은6) Google Scholar에서, 1,600차을 넘는 인용이 있고, 저자들의 보고도 180보을 넘고 있다. 뼈, 연골, 지방, 섬유아세포, 간충직세포에의 분화는 상식적으로도 문제 없을 것이지만, 골격근, 평활근, 심근, 내피에 분화에 관해서는 확고한 증명이 되지 않고 있다라고 하는 것이 상식이고, 신경에 관해서는 마커의 표현이 인공산물이다라고 하는 논의도 많다.

중간엽 줄기세포로부터의 분화는 증명되지 않고 있지만, 심근, 골격근, 평활근, 내피에의 분화는 명확해졌고, 동시에 신경에 관해서는 그 마커가 분명히 표현되고, calcium imaging 법에 의해도 증명되어, 중간엽계 분획에 그러한 분화 능력을 소유하고 있는 세포가 존재하고 있는 것은 틀림 없다.

1. Tavassoli, M., and Crosby, W.H.: Transplantation of marrow to extramedullary sites. Science, 161: 54-56, 1968

2. Friedenstein, A.J.: Osteogenic stem cells in bone marrow. In Bone and Mineral Research, J.N.M. Heersche and J.A. Kanis, eds. (Amsterdam: Elservier), pp.243-272, 1990.

3. Friedenstein AJ, Deriglasova UF, Kulagina NN, Panasuk AF, Rudakowa SF, Luri?? EA, Ruadkow IA. Precursors for fibroblasts in different populations of hematopoietic cells as detected by the in vitro colony assay method. Exp.Hematol. 2(2):83-92, 1974

4. Pittenger MF, Mackay AM, Beck SC, Jaiswal RK, Douglas R, Mosca JD, Moorman MA, Simonetti DW, Craig S, Marshak DR.: Multilineage potential of adult human mesenchymal stem cells. Science 284: 143-147, 1999

5. Jiang Y, Jahagirdar BN, Reinhardt RL, Schwartz RE, Keene CD, Ortiz-Gonzalez XR, Reyes M, Lenvik T, Lund T, Blackstad M, Du J, Aldrich S, Lisberg A, Low WC, Largaespada DA, Verfaillie CM.: Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow. Nature. 418(6893):41-49, 2002. Erratum in: Nature. 447(7146):879-880, 2007