미토콘드리아는 LDL을 대신하는 원인이 아닙니다
죽상동맥경화증의 출발점에는 혈중 아포지단백 B(ApoB)를 포함한 지단백질, 특히 LDL의 혈관벽 잔류가 있습니다. 흡연, 고혈압, 당뇨병과 노화도 혈관 손상과 염증을 촉진합니다. 미토콘드리아 기능 이상이 이런 확립된 원인을 대신하는 별도의 설명은 아닙니다.
미토콘드리아가 중요한 이유는 혈관벽에 갇힌 지질과 여러 위험 요인이 세포의 기능 변화로 번역되는 과정에 관여하기 때문입니다. 혈관 내피세포에서는 장벽과 산화환원 신호를 조절하고, 대식세포에서는 죽은 세포를 반복해서 처리하는 능력을 뒷받침하며, 혈관평활근세포에서는 플라크를 덮는 구조를 유지하는 데 관여합니다. 즉 같은 소기관의 이상이 동맥경화의 시작, 진행, 파열 가능성에 서로 다른 방식으로 연결됩니다.
LDL 잔류에서 거품세포와 플라크 파열로 이어지는 일반적인 과정은 아래 글에서 다루었으므로, 여기서는 반복하지 않고 미토콘드리아에 초점을 맞춥니다.
1. 내피세포: 발전소보다 감지기에 가까운 미토콘드리아
혈관 안쪽을 덮는 내피세포는 ATP의 상당 부분을 해당과정으로 얻습니다. 따라서 심근세포처럼 에너지 생산을 미토콘드리아에 크게 의존하지는 않습니다. 대신 내피세포의 미토콘드리아는 산화환원 상태, 칼슘 신호, 세포 사멸과 염증 반응을 조절하는 감지기 역할을 합니다.
고혈당, 흡연, 고혈압, 노화와 불규칙한 혈류 같은 자극이 오래 이어지면 미토콘드리아 활성산소(mtROS)가 과도하게 증가하고 미토콘드리아 DNA(mtDNA)와 막 단백질이 손상될 수 있습니다. 이런 변화는 혈관을 이완시키는 일산화질소(NO)의 이용 가능성을 낮추고, 내피세포 접합부와 염증 신호에 영향을 주어 혈관벽이 지단백질과 면역세포에 더 쉽게 노출되는 환경을 만들 수 있습니다.
손상된 미토콘드리아를 미토파지로 적절히 제거하지 못하면 mtDNA 같은 내부 물질이 세포질이나 세포 밖으로 나와 위험 신호로 인식될 수도 있습니다. 다만 내피 기능 이상은 미토콘드리아 하나로 결정되지 않으며, 혈류 역학과 지질 농도, 전신 대사 상태가 함께 작용합니다.
2. 대식세포: 지질 저장보다 더 어려운 ‘반복 청소’
플라크의 대식세포는 변형된 지질뿐 아니라 죽은 세포 전체를 삼켜야 합니다. 사멸세포를 막이 터지기 전에 제거하는 과정을 에페로사이토시스(efferocytosis)라고 합니다. 이 청소가 원활하면 세포 내용물의 유출을 막고 염증을 가라앉히는 신호가 만들어집니다.
여기서 미토콘드리아는 단순히 ATP를 공급하는 데 그치지 않습니다. 사멸세포 하나를 삼킨 대식세포가 다음 사멸세포까지 계속 처리하려면 미토콘드리아의 형태가 일시적으로 분열해야 합니다. 2017년 동물·세포 연구에서는 첫 번째 사멸세포를 섭취한 뒤 DRP1을 통한 미토콘드리아 분열이 일어나야 세포질 칼슘 신호와 막 이동이 유지되고, 두 번째 사멸세포를 둘러쌀 포식소체를 만들 수 있음을 보였습니다. 골수계 세포에서 이 분열을 막은 생쥐는 진행된 동맥경화반에서 에페로사이토시스가 저하되었습니다.
이 결과는 ‘미토콘드리아는 길게 융합되어 있을수록 항상 건강하다’는 단순한 설명이 맞지 않음을 보여줍니다. 상황에 맞는 분열과 융합의 전환, 칼슘 처리, 손상 부위의 제거가 모두 필요합니다. 청소해야 할 세포는 계속 늘어나는데 이러한 적응 능력이 떨어지면 미처 제거되지 못한 세포가 이차 괴사를 일으켜 괴사핵을 키울 수 있습니다.
3. mtDNA 손상은 활성산소만의 문제가 아닙니다
미토콘드리아 손상을 흔히 ‘활성산소가 늘어나는 현상’으로만 설명하지만, 실제 영향은 더 넓습니다. mtDNA가 손상되면 호흡사슬 단백질의 생산과 산화적 인산화가 저하되고, 세포의 생존과 증식, 염증 신호가 달라질 수 있습니다.
2013년 연구에서는 사람의 동맥경화반과 순환 백혈구에서 mtDNA 손상이 관찰되었고, 백혈구의 손상 정도는 단순한 플라크 크기보다 고위험 플라크 특성과 연관되었습니다. 같은 연구의 생쥐 모델에서는 mtDNA 손상을 늘렸을 때 활성산소가 더 증가하지 않아도 동맥경화가 악화되었습니다. 이는 미토콘드리아의 영향을 mtROS 하나로 환원해서는 안 된다는 근거입니다. 다만 사람에서 관찰된 연관성만으로 mtDNA 손상이 심혈관 사건의 독립적 원인이라고 단정할 수는 없습니다.
4. 혈관평활근세포: 플라크를 키우기도, 덮개를 지키기도 합니다
혈관평활근세포는 동맥경화 초기에 혈관 안쪽으로 이동하고 증식하여 플라크 형성에 참여합니다. 그러나 진행된 플라크에서는 콜라겐을 만들어 괴사핵을 덮는 섬유성 덮개(fibrous cap)를 유지합니다. 따라서 평활근세포의 증식을 무조건 해롭다고 하거나, 반대로 언제나 보호적이라고 말할 수 없습니다. 질환 단계와 세포 상태가 중요합니다.
죽상경화성 지질에 노출된 사람 혈관평활근세포에서는 PINK1·Parkin 경로의 미토파지가 손상된 미토콘드리아를 제거하고 세포 사멸을 줄이는 방어 반응으로 작동했습니다. 반대로 mtDNA 손상과 호흡 저하가 누적되면 평활근세포의 생존과 증식 능력이 떨어져 섬유성 덮개가 얇아질 수 있습니다.
사람의 동맥경화반을 분석한 2017년 연구에서는 정상 혈관보다 mtDNA 양과 미토콘드리아 호흡이 감소해 있었고, 특히 섬유성 덮개와 괴사핵 부위에서 기능 저하가 두드러졌습니다. 생쥐에서 mtDNA 유지와 호흡을 개선하자 전체 플라크 크기의 변화와 별개로 괴사핵은 작아지고 섬유성 덮개 면적은 늘었습니다. 중요한 것은 이 결과가 전임상 기전 연구이지, 사람에게 미토콘드리아 치료제가 효과적이라는 임상 증명은 아니라는 점입니다.
미토콘드리아를 표적으로 치료할 수 있을까
현재 미토파지 촉진제나 미토콘드리아 표적 항산화제가 죽상동맥경화성 심혈관질환을 예방한다는 임상 근거는 확립되지 않았습니다. CANTOS 시험은 특정 고위험군에서 IL-1β 억제가 LDL 저하와 독립적으로 심혈관 사건을 줄일 수 있음을 보였지만, 미토콘드리아 기능을 교정한 시험은 아니었습니다.
따라서 이 글의 결론은 ‘미토콘드리아를 강화하는 보충제를 먹어야 한다’가 아닙니다. 임상적으로 입증된 중심 전략은 LDL을 비롯한 ApoB 지단백질 관리, 금연, 혈압과 당뇨병 조절, 신체 활동과 적응증에 따른 약물치료입니다. 미토콘드리아 연구는 이런 위험 요인이 혈관세포의 기능 저하와 불안정한 플라크로 이어지는 과정을 더 정밀하게 설명하고, 미래의 치료 표적을 찾는 연구 축으로 이해해야 합니다.
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