이것은 저선량 방사선에 대한 개념과 범위에 대한 이해부족과 낮은 선량의 방사선을 확보할 수 있는 시설이 없었기 때문이다.
우리들은 국제연합방사선영향과학위원회(UNSCEAR, 2000)가 제시한 저선량(200mGy 이하)과 저선량률 (6mGy/시간 이하) 방사선 기준에 근거해 저선량률 방사선 환경에 AKR/J 마우스를 사육하면서 신체에 미치는 영향을 관찰했다.
또한 자연적으로 암이 발병해 죽기 시작 하는 시점(약 130일)에서 흉선을 채취, 암 발병단계(DNA회복, 세포, 아포토시스, 면역)에 따라 발현되는 유전·단백체 기능을 해석하고 다음과 같은 결과를 얻었다.
첫째 저선량 방사선 영향 연구를 위해서 실험동물의 선정이 우선 이뤄져야 한다. 일반 마우스를 이용할 경우 많은 개체 수와 시간, 대규모 시설과 연구체계가 필요하다.
그러나 질병 연구용 모델 마우스를 이용하면 이런 문제점을 극복할 수 있다. 우리는 염색체에 백혈병 바이러스 암 유전자가 삽입돼 있어 1년 이내에 흉선암이 발생하면서 폐사하는 특징을 가지고 있는 AKR/J 마우스를 실험동물로 선정하고 저선량 방사선이 암 발병에 미치는 영향 연구를 시작했다.
둘째 저선량 방사선이 인체에 미치는 영향에 대한 연구를 위해서 기준 설정도 중요하다. 우리는 그동안 발표된 논문들과 UNSCEAR 자료를 참고해 저선량(200mGy 이하)과 저선량률(0.7mGy/시간 이하) 방사선의 기준을 설정했다.
또한 우리가 설정한 방사선 기준이 ‘신체에 영향을 미친다면 체중 및 장기무게, 혈액생리 및 생화학 지표 수치, 염색체에서 변화가 나타날 것이다’라는 가설아래 증명하는 연구를 수행했다.
ICR 마우스를 저선량률(0.7 mGy/시간) 방사선 환경에서 사육하면서 최종 선량이 200mGy에 도달했을 때 체중 및 장기무게를 측정하고 혈액을 채취해 혈액생리(백혈구, 적혈구, 혈소판)와 혈액생화학 지표(알칼라인 포스파타제 외 14종), 염색체 손상정도를 관찰한 결과 우리가 선택한 저선량과 저선량률 방사선이 신체에 손상을 입히지 않는다는 것을 확인했다.
셋째 저선량 방사선이 신체 방어기전을 활성시키고 암 발병을 억제한다면 암 발생과 수명에서 차이를 보일 것으로 생각하고 AKR/J 마우스를 저선량 방사선(0.7 mGy/시간) 환경에서 사육(총 선량: 4.5Gy)했다.
그 결과 고선량(총 선량: 4.5Gy, 선량률: 0.8Gy/분) 방사선을 쪼인 마우스에 비교해 생존율이 높았을 뿐만 아니라 수명도 연장(35일)됐는데 인간(평균수명 80살)의 나이로 환산하면 약 4년이 연장된 것이다. 한편 저선량률 방사선 환경에서 장기간 사육된 마우스의 흉선 암 발생률은 고선량률 방사선으로 한번 쪼인 마우스의 그것에 비교해 약 20% 감소했다.
이 결과는 저선량률 방사선 환경에서 평생 사육된 AKR/J 마우스에서는 흉선세포에 암 유전자가 삽입돼 있어 손상된 DNA가 회복됨으로써 암 발생이 억제되거나 치유되고 있다는 것을 의미하는 것이다. 이 결과를 바탕으로 암 발병 억제와 수명연장 이유를 분자생물학적 수준에서 밝히기 위한 연구에 착수했다.
넷째 고선량률(0.8Gy/분)과 저선량률 방사선을 쪼인 AKR/J 마우스 흉선에서 발현되는 유전자 수를 비교했으며 저선량률 방사선을 쪼인 마우스에서 유전자 수가 훨씬 적은 반면 아포토시스(Pycard)와 면역세포(Fcgr3, Fcgr2b, Lilrb3)를 활성시키는 유전자가 증가됐다. 이것은 염색체에 삽입돼 있는 발암 유전자에 의해 손상된 DNA가 저선량 방사선에 의해 회복되면서 암 발병이 억제되고 있다는 것을 나타낸다.
다섯째 손상된 세포 내 DNA가 저선량 방사선에 의해 회복이 된다면 DNA회복에 관여하는 유전자가 증가할 것이기 때문에 T-림프구성 백혈병 세포에 저선량 방사선(총 선량: 70.8mGy, 선량률: 2.95mGy/시간)을 쪼이고 DNA 회복(Msh2, Msh3, Wrn, Lig4, Neil3, ERCC6, ERCC8, Trfc) 및 아포토시스 관련 유전·단백체를 집중해 관찰한 결과 손상된 DNA를 치유하는 유전자(Trfc)와 아포토시스(ATM, p53, p21, Parp)를 유도하는 유전·단백체가 증가했다.
이것은 저선량(률) 방사선이 DNA 회복시 필요한 철분을 세포내부로 끌어들이면서 손상된 DNA를 회복시키고 손상된 세포들은 아포토시스에 의해 제거된다는 것을 나타낸다.
여섯째 손상된 DNA가 불완전하게 회복되면 세포수준의 암 발병단계로 진행될 것이기 때문에 암 진행 관련 유전자를 관찰했는데 저선량률 방사선을 쪼인 마우스에서 손상된 DNA를 가지고 있는 세포를 제거하는 유전자(Cds1)가 증가한 반면 고선량률 방사선을 쪼인 마우스에서는 DNA손상과 암 발달과 진행을 나타내는 유전자(Itga4, Myc, Itgb1)가 증가했다.
이것은 저선량률 방사선에 의해 활성된 유전자들에 의해 불완전한 DNA 회복에 의해서 암으로 진행하는 세포를 신체에서 제거하고 있다는 것을 나타낸다.
일곱째 저선량률 방사선이 면역기능을 증진시킨다면 면역유전자도 증가할 것이라는 가설아래 관련 유전자를 분석했다. 그 결과 저선량률 방사선을 쪼인 마우스에서 면역유전자(Ifng, Igbp1.Il15)가 증가한 반면 고선량률 방사선을 쪼인 마우스에서는 감소(Sp3, Il15, Traf6, Il2ra, Pik3r1, Hells)했다.
이것은 저선량률 방사선이 신체 면역유전자를 증가시키면서 암 세포를 신체에서 제거하고 있다는 것을 나타낸다.
여덟째 저선량 방사선이 신체 면역기능을 증진시킨다면 혈액 내 면역관련 생리활성물질(싸이토카인) 증가가 일어날 것이라는 가설 아래 C57BL/6 마우스에 대해 방사선을 쪼였다(총 선량: 200mGy, 선량률: 0.7과 3.49mGy/시간).
그 결과 T-세포와 세포성 면역 관련 싸이토카인(IL3, IL4, Leptin, MCP-1, MCP-5,MIP-3b, Tpo, VEGF)이 증가했으며 이것은 저선량 방사선이 세포성 면역세포와 관련된 싸이토카인을 활성시키면서 암 세포를 제거하고 있다는 것을 나타낸다.
아홉째 저선량 방사선이 신체 면역기능을 증진시킨다면 면역 초기단계에서 중요한 역할을 하는 자연살상세포(Natural Killer Cell, NK)의 암 살상 능력에 변화가 일어날 것이라는 가설을 세웠다.
이 가설을 증명하기 위해 C57BL/6 마우스(암, 7주령) 비장에서 NK-세포를 분리해 방사선(총 선량: 200mGy, 선량률: 4.2mGy/시간)을 쪼인 결과 NK-세포 수와 암세포 살상능력이 증가했다. 이것은 저선량 방사선이 면역 초기단계에서 중요한 NK 세포의 암 세포 살상능력을 향상시켜 암 세포나 암으로 변해가는 세포를 죽인다는 것을 나타낸다.
마지막으로 방사선에 의해 유전자 돌연변이가 일어난다면 다음 세대에 유전이 될 수 있고 정자의 역할이 중요하기 때문에 ICR 마우스를 저선량률(0.7mGy/h) 방사선 환경에서 사육하면서 목표선량(0, 0.2, 0.5, 1Gy)에 도달한 마우스 부고환에서 정자를 채취했다. 정자의 형태를 8가지로 분류하고 형태별로 정자 수를 고선량률 방사선을 쪼인 마우스와 비교했다.
그 결과 저선량률 방사선을 쪼인 마우스에서 기형정자가 약 20% 낮게 관찰됐으며 이것은 저선량률 방사선이 정자 발생단계에서 기형정자 발생을 억제하거나 치유한다는 것을 나타낸다.
이상의 결과를 정리하면 다음과 같다(그림). 저선량과 저선량률 방사선 환경에서 사육된 마우스 흉선에서는 손상된 DNA가 회복되면서 암 세포나 암으로 진행되고 있는 세포가 아포토시스와 면역세포에 의해 제거되고 있다는 것을 알 수 있었다.
이런 분자생물학적 반응이 종합돼 암 발생률(20%)이 낮아지고 수명(35일)이 연장됐다는 것을 알 수 있었다. 또한 돌연변이 유전자 유전에 중요한 역할을 하는 정자의 기형도 억제했다.
현재 암 발생단계를 세분화해 발현 유전·단백체를 분석하고 있지만 저선량 방사선이 인간이나 생물체에 미치는 영향(유해 또는 유익)을 명확히 설명하기 위해서는 더 많은 시간과 관심이 필요하다고 본다. 이 연구결과는 생물학적 영향평가 및 암 환자 치료를 위한 기반자료로 활용이 가능하다고 생각한다.