약물 상호작용에 의한 간독성 평가법

1. 서론

간은 약물 대사에서 가장 중요한 장기로, 외부에서 섭취된 약물이나 화학물질을 대사하고 해독하는 역할을 합니다. 그러나 약물이 간에서 대사되는 과정에서 간독성을 유발할 수 있으며, 특히 다중 약물 복용 시 약물 간 상호작용이 간독성을 증가시키는 주요 원인 중 하나입니다. 간독성은 약물 부작용 중에서 가장 위험한 형태로, 급성 간부전이나 만성 간질환을 초래할 수 있습니다. 본 포스팅에서는 약물 상호작용에 의한 간독성 평가법에 대해 논의하고, 이를 평가하기 위한 주요 실험법과 그 중요성에 대해 설명하겠습니다.

Liver toxicity (출처 PK Gupta, in  Illustrated Toxicology, 2018)

2. 약물 상호작용과 간독성

약물 상호작용(drug-drug interaction, DDI)은 두 가지 이상의 약물이 동시에 사용될 때, 그 약물들이 상호 간의 대사 경로에 영향을 미쳐 예기치 않은 부작용을 유발하는 현상을 말합니다. 간에서 이러한 약물 상호작용이 발생하면 간세포가 손상되거나 간의 대사 능력이 저하되어 간독성이 발생할 수 있습니다.

주요 원인은 약물 대사 효소인 시토크롬 P450(CYP450) 계열 효소의 억제 또는 유도입니다. 특정 약물이 CYP450 효소를 억제하면, 다른 약물의 대사가 저해되어 체내에 축적되고, 결과적으로 간에 부담을 주어 독성을 유발할 수 있습니다. 반대로 CYP450을 유도하는 약물은 다른 약물의 대사 속도를 증가시켜, 대사 산물이 간독성을 일으킬 수 있습니다.

3. 간독성 평가법의 주요 실험 방법

약물 상호작용에 의한 간독성을 평가하기 위해서는 다양한 실험 방법이 사용됩니다. 이 실험들은 세포 및 동물 모델을 통해 약물이 간에 미치는 영향을 측정하고, 약물 상호작용의 독성을 평가하는 데 도움을 줍니다.

3.1 간세포 배양을 이용한 간독성 평가

HepG2와 같은 인간 간세포주를 사용한 배양 실험은 약물의 간독성 평가에 널리 사용됩니다. 간세포 배양 모델은 약물 상호작용에 의한 독성 효과를 효율적으로 측정할 수 있는 중요한 도구입니다. 이 실험에서는 다음과 같은 절차가 이루어집니다.

• 세포 배양: HepG2 세포 또는 초기 간세포(primary hepatocytes)를 96웰 플레이트에 배양하여 세포가 안정적으로 증식하도록 합니다.
• 약물 처리: 실험할 약물들을 단독으로 또는 병합하여 다양한 농도로 처리합니다. 이때 약물 상호작용에 의한 독성을 평가하기 위해 CYP450 효소 억제제나 유도제를 함께 처리할 수 있습니다.
• 세포 생존율 평가: MTT assay 또는 CCK-8 assay와 같은 세포 생존율 측정 방법을 통해 약물에 의해 세포가 손상되었는지를 확인합니다. 세포 생존율이 낮아지면 간세포가 손상되었음을 의미하며, 이는 간독성의 징후로 간주됩니다.
• 간 손상 마커 측정: ALT(알라닌 아미노전이효소), **AST(아스파르트산 아미노전이효소)**와 같은 간 손상 마커를 분석하여 간세포 손상 정도를 정량적으로 평가합니다. 이들 마커는 간세포가 손상되면 세포 외로 유출되기 때문에, 배양액에서의 농도를 측정하여 독성의 정도를 평가할 수 있습니다.

3.2 미토콘드리아 기능 분석

미토콘드리아는 간세포에서 중요한 역할을 하며, 약물에 의한 간독성에서 중심적인 역할을 합니다. 약물이 미토콘드리아 기능을 저해하면 ATP 생산이 감소하고, 세포 내 에너지 대사가 저하되며, 세포가 손상됩니다. 미토콘드리아 기능을 평가하는 실험법은 다음과 같습니다.

• 막전위(Δψm) 측정: 미토콘드리아 막전위는 ATP 생산의 핵심 지표로, 약물 독성이 발생하면 막전위가 저하됩니다. 이를 측정하기 위해 JC-1과 같은 형광 염료가 사용됩니다. 정상적인 미토콘드리아는 높은 막전위를 유지하며, JC-1 염료는 빨간색 형광을 나타냅니다. 그러나 손상된 미토콘드리아는 막전위가 낮아져 녹색 형광으로 변환됩니다.
• ATP 생성량 측정: ATP 생성이 저하되면 간세포의 기능이 손상되었음을 의미합니다. ATP 생성량은 루시페린-루시페라제 기반 발광 시스템을 통해 측정됩니다. 발광 강도는 ATP 농도에 비례하므로, 이를 통해 약물의 간독성을 평가할 수 있습니다.

3.3 간조직 절편을 이용한 ex vivo 평가

간조직 절편(ex vivo liver slice)을 이용한 실험법은 약물의 간독성을 보다 생리적으로 평가할 수 있는 방법입니다. 이 방법은 간세포뿐만 아니라 간 내 다양한 세포 간 상호작용을 모방할 수 있는 모델로 간독성 평가에 중요한 역할을 합니다. 간조직 절편을 배양하여 약물을 처리한 후 조직의 생존율과 간 기능 변화를 모니터링합니다.

3.4 동물 모델을 이용한 in vivo 평가

동물 모델(주로 쥐 또는 설치류)을 이용한 in vivo 실험은 간독성 평가에서 가장 정교한 방법입니다. 이 실험에서는 약물이 동물 모델의 간에 미치는 영향을 장기간 모니터링하며, 간독성 여부를 평가합니다.

• 혈액 분석: 약물 처리 후 동물의 혈액을 분석하여 ALT, AST와 같은 간손상 마커를 측정합니다. 이러한 수치가 상승하면 간세포가 손상되었음을 나타냅니다.
• 조직 병리학 분석: 약물 처리 후 간 조직을 적출하여 조직 병리학적 분석을 수행합니다. 염증, 지방증, 섬유화, 간세포 괴사 등의 조직학적 변화를 현미경 하에서 관찰하여 약물 상호작용에 의한 간독성을 평가합니다.

4. 약물 상호작용에 의한 간독성 평가의 중요성

약물 상호작용에 의한 간독성은 약물의 안전성 평가에서 매우 중요한 부분입니다. 특히 다중 약물 복용자(예: 노인, 만성 질환 환자)에서 간독성 위험은 크게 증가할 수 있습니다. 약물 상호작용을 사전에 평가하지 않으면, 임상 시험 단계에서 예상치 못한 간독성이 나타나 약물 개발이 중단될 수 있으며, 이는 제약 회사에 큰 손실을 초래할 수 있습니다.

약물 간 상호작용에 의한 간독성 평가를 통해 신약 개발 단계에서 위험 요소를 사전에 파악하고, 부작용을 줄일 수 있습니다. 이러한 평가 결과는 안전한 약물 투여 계획을 수립하는 데 중요한 데이터로 활용되며, 환자들에게 보다 안전한 약물을 제공하는 데 기여합니다.

5. 결론

약물 상호작용에 의한 간독성 평가법은 신약 개발 및 다중 약물 복용 환자의 안전성을 보장하기 위한 필수적인 과정입니다. HepG2 세포 배양, 미토콘드리아 기능 분석, 간조직 절편 및 동물 모델을 활용한 다양한 실험법을 통해 약물이 간에 미치는 독성 효과를 정밀하게 평가할 수 있습니다. 이러한 평가를 통해 약물의 상호작용으로 인한 간독성을 사전에 파악하고, 신약 개발 과정에서 발생할 수 있는 위험을 최소화할 수 있습니다.

간독성 평가의 발전은 약물 안전성 향상뿐만 아니라, 환자들의 건강을 보호하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 이를 통해 신약의 부작용을 줄이고, 약물 개발의 성공 가능성을 높일 수 있습니다.