정자가 제대로 움직이지 못하는 이유는 무엇일까. 정자의 수가 충분하더라도 운동성이 떨어지거나 머리와 꼬리의 형태가 비정상적이면 자연임신에 어려움을 겪을 수 있다.
이러한 정자 이상은 호르몬 문제나 생식기관 질환, 생활습관 등 다양한 원인으로 발생하지만, 일부 남성에서는 유전자 기능 이상이 중요한 원인으로 작용한다는 연구 결과가 나왔다.
카타르 시드라메디슨(Sidra Medicine)과 일본 오사카대학교, 도쿄대학교 등이 참여한 국제공동연구팀은 남성 난임 환자가 포함된 13개 가계의 유전체를 분석해 정자의 운동성과 형태 이상에 관여하는 유전자 4개를 확인했다. 연구 결과는 2026년 10월 21일 국제학술지 ‘인간생식(Human Reproduction)’에 발표됐다.
정자 운동성 저하와 형태 이상, 유전자에서 원인 찾았다
연구팀이 주목한 질환은 정자무력기형증(Asthenoteratozoospermia)이다. 정자의 운동성이 떨어지는 동시에 머리나 꼬리의 형태에도 이상이 나타나는 상태를 말한다.
정자는 머리와 중간부, 꼬리로 구성된다. 머리에는 유전정보가 들어 있고, 꼬리는 정자가 난자를 향해 이동하는 데 필요한 추진력을 만들어낸다. 특히 꼬리 내부에는 미세소관으로 이루어진 축사(axoneme)라는 구조가 있어 정자의 운동을 가능하게 한다. 이 구조가 제대로 형성되지 않으면 정자는 정상적인 움직임을 유지하기 어렵다.
연구팀은 남성 난임 환자가 있는 혈연혼 가계 13개를 대상으로 전장유전체 또는 전장엑솜 분석을 실시했다. 혈연관계가 있는 부모에게서는 동일한 열성 유전자 변이가 자녀에게 전달될 가능성이 상대적으로 높다는 점에 착안한 것이다.
분석 결과 CFAP46, CFAP57, SEPTIN4, SPEM2 등 4개 유전자에서 기능 상실 변이가 확인됐다. 이들 유전자는 정자의 구조 형성과 기능 유지에 관여하며, 해당 변이는 환자들에게 나타난 정자 운동성 저하 및 형태 이상과 연관돼 있었다.
CFAP46 유전자 기능 없애자 정자 수와 운동성 크게 감소
이번 연구에서 특히 주목할 부분은 CFAP46 유전자의 기능을 동물실험으로 확인했다는 점이다.
연구팀은 유전자 편집 기술인 CRISPR/Cas9을 활용해 CFAP46의 기능을 제거하거나 변형한 생쥐 모델 3종을 제작했다. 이후 정자의 수와 운동성, 형태를 분석하고 전자현미경 등을 이용해 내부 구조를 관찰했다.
그 결과 CFAP46 유전자의 기능이 제거된 수컷 생쥐에서는 정자 수와 운동성이 크게 감소했다. 정자 꼬리 내부의 축사 구조에도 심각한 이상이 나타났으며, 해당 수컷 생쥐는 불임 상태를 보였다.
연구팀은 CFAP46 단백질이 CFAP54, CFAP74, CFAP221 등 다른 단백질과 복합체를 형성한다는 사실도 확인했다. 이는 CFAP46이 정자 꼬리의 정상적인 형성과 머리 구조 발달에 중요한 역할을 한다는 사실을 뒷받침한다.
남성 난임, 여러 유전자 이상이 복합적으로 작용할 가능성
이번 연구는 남성 난임이 반드시 하나의 유전자 이상으로만 발생하는 것은 아니라는 가능성도 제시했다.
연구팀은 단일 유전자 변이만으로 원인을 설명하기 어려운 환자들을 대상으로 정자 형성에 관여하는 유전자 345개를 추가 분석했다.
그 결과 일부 환자에서는 4~16개 유전자에 걸쳐 드물고 유해할 가능성이 있는 변이가 확인됐다. 이러한 희귀 변이의 부담은 가임 남성 대조군보다 높게 나타났다.
이는 여러 유전자의 기능 이상이 복합적으로 작용하면서 정자의 정상적인 형성을 방해할 수 있다는 가설을 뒷받침한다. 다만 개별 변이가 실제로 어느 정도 영향을 미치는지, 여러 변이가 함께 작용해 난임을 유발하는지는 추가적인 연구가 필요하다.
정자 운동성 낮은 남성, 유전자 검사 필요할까?
이번 연구는 원인을 명확하게 알기 어려웠던 일부 남성 난임 환자에게 새로운 진단 가능성을 제시한다는 점에서 의미가 있다.
일반적인 정액검사는 정자 수와 운동성, 형태 등을 평가하지만 이러한 이상이 발생한 근본적인 원인까지 모두 밝혀내지는 못한다. 특히 정자 꼬리의 구조적 이상이 심하거나 반복 검사에서도 운동성과 형태 이상이 뚜렷하게 나타나는 경우에는 유전적 원인을 고려할 필요가 있다.
다만 정자 운동성이 낮다고 해서 모든 남성에게 유전자 검사가 필요한 것은 아니다. 감염이나 정계정맥류, 호르몬 이상, 약물, 생활습관 등 다른 원인도 함께 평가해야 한다.
이번에 확인된 유전자 4개 역시 모든 남성 난임 환자에게 일률적으로 검사해야 하는 표준 진단 항목으로 확립된 것은 아니다. 검사 여부는 정액검사 결과와 병력, 가족력 등을 종합해 전문의가 판단해야 한다.
시험관아기·미세수정 치료에도 새로운 단서
유전적 원인을 밝히는 연구는 향후 보조생식술의 치료 방향을 결정하는 데에도 도움을 줄 수 있다.
정자의 운동성이 심하게 떨어지는 남성에게는 정자를 난자에 직접 주입하는 난자세포질내정자주입술(ICSI·미세수정)이 치료 방법으로 고려된다. 그러나 미세수정이 모든 유전적 원인의 남성 난임을 해결할 수 있는 것은 아니다.
정자의 형태와 운동성뿐 아니라 유전적 결함의 특성, 수정 능력, 배아 발달 가능성 등을 함께 살펴야 하기 때문이다.
특히 이번 연구는 유전자 이상이 정자의 구조와 기능에 미치는 영향을 규명한 기초연구로, 특정 유전자 변이를 가진 환자의 미세수정 임신율이나 생아출산율을 직접 비교한 연구는 아니다. 따라서 이번 발견이 곧바로 새로운 치료법의 개발이나 임신 성공률 향상으로 이어졌다고 해석해서는 안 된다.
남성 난임 진단, 정자 숫자에서 유전적 원인 규명으로
남성 난임은 오랫동안 정자의 수와 운동성, 형태를 중심으로 평가돼 왔다. 그러나 최근 유전체 분석과 생식세포 연구가 발전하면서 정자가 정상적으로 만들어지지 못하는 근본적인 원인을 찾으려는 연구가 활발해지고 있다.
이번 연구는 정자의 머리와 꼬리가 형성되는 과정에 관여하는 유전자들의 역할을 구체적으로 보여줬다는 점에서 주목된다. 특히 CFAP46의 기능을 동물실험으로 검증하고, 여러 희귀 유전자 변이의 복합적인 영향까지 분석했다는 점에서 의미가 있다.
다만 연구 대상이 13개 혈연혼 가계에 한정돼 있고 주요 기능 검증도 생쥐 모델에서 이뤄졌다는 점은 한계다. 일반적인 남성 난임 환자 전체에 연구 결과를 적용하려면 더 큰 규모의 후속 연구가 필요하다.
그럼에도 이번 발견은 남성 난임 진단이 단순히 정자가 얼마나 많고 잘 움직이는지를 확인하는 단계에서, 정자가 왜 정상적으로 만들어지지 못하는지 그 원인을 규명하는 방향으로 발전하고 있음을 보여준다.
정자의 움직임에 나타난 이상을 유전자 수준에서 이해하는 것이 앞으로 남성 난임의 정밀 진단과 환자별 맞춤형 치료 전략을 발전시키는 중요한 출발점이 될 것으로 기대된다.
※ 2026년 10월 21일 국제학술지 ‘인간생식(Human Reproduction)’에 온라인 게재된 카타르 시드라메디슨(Sidra Medicine), 일본 오사카대학교(The University of Osaka), 도쿄대학교(The University of Tokyo) 등 국제공동연구팀의 연구 ‘CFAP57, SEPTIN4, SPEM2 및 CFAP46의 기능 상실 변이가 정자무력기형증을 유발한다(Loss-of-function variants in CFAP57, SEPTIN4, SPEM2, and CFAP46 cause asthenoteratozoospermia)’를 토대로 작성했습니다. DOI: 10.1093/humrep/deag154입니다.
※ 본 기사는 의학 연구 결과를 소개하기 위한 정보이며 개별 환자의 진단이나 치료를 대신하지 않습니다. 정자 운동성 및 형태 이상이 확인된 경우 난임·비뇨의학과 전문의와 상담하시기 바랍니다.
