방사선 감수성이 높은 세포의 특성은?

분열활동이 활발하고 분화가 낮은 세포가 일반적으로 방사선에 민감하다.

방사선 감수성(radiosensitivity)이 높은 세포는 분열이 빠르고 미분화되어 있는 세포가 해당합니다. 방사선 생물학에서 세포가 방사선에 얼마나 민감하게 반응하는지는 세포의 증식 능력과 분화 정도에 따라 크게 달라지는데, 이를 Bergonié-Tribondeau 법칙이라고 합니다. 이 법칙에 따르면 세포분열이 활발하고, 분열을 여러 번 계속할 예정이며, 형태적·기능적으로 미분화 상태일수록 방사선 감수성이 높습니다.

방사선 감수성을 결정하는 세포 특성

방사선이 세포에 손상을 일으키는 주된 표적은 DNA입니다. 방사선은 직접적으로 DNA에 이온화를 일으키거나, 세포 내 물분자를 이온화하여 활성산소(reactive oxygen species)를 만들고 이것이 간접적으로 DNA를 손상시킵니다. 따라서 세포가 분열 중일수록 DNA가 복제되고 염색체가 응축되는 과정에서 방사선 손상이 치명적으로 작용할 가능성이 높습니다. 분열 주기 중에서도 DNA 합성기(S phase)보다 유사분열기(M phase)와 DNA 합성 전기(G1 phase) 후반의 세포가 방사선에 더 민감합니다.

분화된 세포는 대개 분열 능력을 상실하거나 분열 속도가 느리기 때문에 방사선에 상대적으로 저항성을 보입니다. 반면 미분화 세포는 증식 능력이 높고 분열 주기가 짧아 방사선 손상을 복구할 시간적 여유가 적습니다. ^[1]에서 인간 신경전구세포(human neural precursor cells)가 비분화 조건에서 빠르게 분열(divide rapidly)하고 둥지표지자(nestin)를 발현하는 미분화 상태를 유지한다고 보고한 것은, 분열이 빠르고 미분화된 세포가 방사선 감수성이 높은 세포군의 전형적인 특성을 보여준다는 점을 뒷받침합니다.

보기별 감수성 판단

보기	세포 특성	방사선 감수성
1. 고도로 분화되고 분열하지 않는다	분열 정지, 기능적 성숙	낮음
2. 산소가 전혀 없다	저산소 상태	낮음 (산소효과 상실)
3. 세포핵이 없다	DNA 표적 부재	낮음
4. 분열이 빠르고 미분화되어 있다	증식 활발, 미성숙	높음
5. 수명이 끝난 각질세포	핵 소실, 대사 정지	낮음

혼동 주의! 산소가 있으면 방사선 손상이 고정되어 감수성이 높아지는데(산소효과), 보기 2번은 산소가 전혀 없는 저산소 상태이므로 오히려 감수성이 낮아집니다. 핵심! 방사선의 주된 표적은 세포핵의 DNA이므로, 핵이 없는 성숙 적혈구나 각질세포는 방사선에 저항성을 보입니다. ^[3]에서 방사선 노출 후 순환 세포유리 DNA(cfDNA) 농도와 단편화 양상이 변한다고 보고한 것도, 방사선 손상의 일차 표적이 DNA를 보유한 세포, 특히 증식 중인 세포임을 시사합니다.

임상적으로는 골수 조혈모세포, 장점막 상피세포, 생식세포, 피부 기저층 세포, 구강 점막 상피세포 등이 분열이 빠르고 미분화된 대표적인 고감수성 조직입니다. 치과위생사가 두경부 방사선치료 환자를 관리할 때 방사선 구강점막염, 방사선 우식, 골괴사 등이 나타나는 이유도 점막 상피와 골모세포가 분열이 활발한 세포이기 때문입니다. ^[2]에서 근육 위성세포(satellite cells)가 증식하여 근모세포(myoblast)를 만들고, 일부는 미분화 상태로 남아 향후 성장에 대비한다고 설명한 것도 분열 능력을 유지하는 미분화 세포가 손상에 민감하면서 동시에 재생의 원천이 된다는 점을 보여줍니다.