카이스트 생명과학과, 기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단 공동 연구팀은 뇌 속 별아교세포 발달 과정에서 특정 유전자가 성인기 뇌 면역 반응 조절에 핵심적인 역할을 한다고 24일 밝혔다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 9월 22일자에 실렸다. 연구팀은 ‘3차원 후성유전체 분석 기술’을 이용해 생쥐의 뇌 속 별아교세포 발달 과정에서 전사체, 염색질 접근성, 3차원 게놈 상호작용을 살펴봤다. 특히 뇌와 척수에 있는 별아교세포의 발달 시기별 유전자 조절 프로그램을 정밀 관찰했다. 그 결과, 별아교세포 성장 과정에서 중요한 유전자 조절 단백질 55개를 찾아냈다. 그중 ‘NR3C1’이라는 유전자가 뇌 발달에 가장 중요하고, 장기적 면역 반응 억제의 핵심 조절자라는 사실을 밝혀냈다. 특히 성인이 된 뒤 뇌에 자가면역성 질환이 나타날 경우 NR3C1이 없으면 과도한 뇌 염증 반응을 일으키고 질병을 악화시키는 것이 관찰됐다. 이번 연구 결과는 알츠하이머나 다발성경화증 같은 다양한 뇌 면역 질환의 원인을 규명하고 치료 전략을 마련하는 데 도움을 줄 것으로 전망된다.

순천향대학교(총장 김승우)는 임상병리학과 이순신 교수 연구팀이 해마에 존재하는 별아교세포 속 ‘NOX4’ 유전자 활성화가 파킨슨병을 유도한다는 결과를 도출했다고 4일 밝혔다. 순천향대에 따르면 연구팀은 기존 연구를 바탕으로 인간 뇌에서 기억과 저장에 중요 역할을 하는 기관인 해마에 존재하는 별아교세포 속 NOX4 유전자 활성화가 파킨슨병을 유도한다는 결과를 도출했다. 별아교세포는 뇌신경조직을 지지하는 세포로 이 세포가 쇠가 녹이 슬 듯 사멸하면 세포 내 미토콘드리아의 대사 기능 등 각종 기능장애를 일으키며, 이 과정을 통해 뇌 손상과 치매가 발생하게 된다. 연구팀은 파킨슨병 환자 및 동물모델을 이용한 세포 연구에서 파킨슨병을 일으키는 NOX4의 활성화가 특징적으로 해마에서 관찰된 점을 바탕으로 NOX4가 치매 유발 유전자임을 증명했다. 이번 연구 결과는 파킨슨병을 포함한 치매의 조기진단 및 치료의 발전 가능성을 높인 점에서 의미가 있다. 연구는 한국연구재단 지역대학우수연구자사업, 순천향대 향설융합연구지원사업, BK21 4단계 혁신 인재 양성사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

어린 시절 방치되거나 학대를 받은 사람은 성인이 돼서 조현병이나 우울증 같은 정신질환에 시달릴 가능성이 높다. 그렇지만 아동기 학대나 스트레스에 따른 정신질환 원인과 발병 메커니즘에 대해서 명확히 밝혀진 적은 없다. 이런 상황에서 카이스트 생명과학과 연구팀이 아동기 스트레스로 인해 생기는 정신질환이 뇌의 별아교세포의 시냅스 연결에 문제가 생기기 때문이라고 1일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘면역학’ 7월 31일자에 실렸다. 연구팀은 아동기 학대나 방치와 비슷한 상황을 만들어 사회성 결핍을 일으킨 생쥐로 실험했다. 그 결과, 뇌에서 면역 기능을 담당하는 별아교세포가 스트레스 호르몬에 반응해 과도하게 흥분성 시냅스를 제거한다는 사실을 처음 확인했다. 또 연구팀은 미국 식품의약청(FDA)에서 승인된 임상 약물 스크리닝을 통해 별아교세포의 외부 물질을 포식하는 역할을 조절하는 새로운 메커니즘을 발굴하기도 했다. 특히, 스트레스 호르몬이라고 불리는 합성 글루코코르티코이드가 별아교세포의 포식 작용을 비정상적으로 높이는 것을 발견했다. 글루티코코르티코이드는 당대사, 항염증 등 생명 유지에 필요한 역할을 하지만 만성 스트레스로 인해 글루코코르티코이드에 과도하게 장기간 노출되면 우울증, 인지장애, 불안증 같은 정신질환의 원인이 되는 것으로 알려졌다. 별아교세포가 대뇌 피질에 존재하는 특정 신경 세포의 흥분성 시냅스만 선택적으로 포식해 비정상적 신경 회로망을 만들어 사회성 결핍과 우울증 같은 행동 이상을 유발하는 것이다.연구팀은 생쥐 실험에서 확인된 사실이 인간에게 똑같이 나타나는지 알아보기 위해 인간 만능 유도 줄기세포에서 유래한 뇌 오가노이드를 활용해 스트레스 호르몬과 별아교세포, 흥분성 시냅스 반응을 관찰했다. 그 결과 인간 뇌 오가노이드에서도 생쥐 실험과 똑같은 결과를 얻었다. 연구팀은 스트레스 반응에 대한 쥐와 인간의 시냅스 조절 메커니즘이 똑같다는 것을 보여주는 결과라고 설명했다. 정원석 카이스트 생명과학과 교수는 “과도한 스트레스가 다양한 정신질환의 원인이라는 사실은 임상적으로 알려졌지만 정확한 발병기전은 알려지지 않았다”라고 말했다. 정 교수는 “이번 연구 결과는 어린 시절 스트레스가 장기적으로 영향을 미쳐 성인기 정신질환을 일으킬 수 있다는 것을 보여줌으로써 스트레스로 인한 정신질환 예방과 치료에 응용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

‘TXNIP’단백질, 알츠하이머치매 영향진단 물질 개발 등 후속 연구 당뇨병·암·심혈관질환 등의 발병에 관여하는 것으로 알려진 ‘TXNIP’ 단백질이 알츠하이머치매 발달에도 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 순천향대학교 부속 천안병원은 박삼엘 신장내과 교수, 유익동 핵의학과 교수, 순천향의생명연구원(SIMS) 문종석 교수팀이 알츠하이머치매 발달을 억제할 수 있는 물질을 찾아냈다고 14일 밝혔다. 이들이 찾아낸 ‘TXNIP’는 포도당 대사 및 산화성 스트레스 조절에 관여하는 단백질로 당뇨병, 암, 심혈관질환 등의 발병에 관여하는 것으로 알려져 있다. 교수들은 TXNIP가 별아교세포와 염증반응을 일으켜 알츠하이머치매 발달에도 영향을 주는 것을 확인했다. 박삼엘 교수는 “TXNIP가 별아교세포와 결합하면서 신체 내 산화성 스트레스를 일으키고, 염증 및 세포자멸사(apoptosis)를 유도해 치매 발달을 가속함을 확인했다”고 설명했다. 결국 세포 내 노화 과정을 가속하는 단백질이 TXNIP이며, 이 핵심 단백질을 제어해 알츠하이머치매의 발달 또한 억제할 수 있다는 것이다. 이번 연구는 알츠하이머치매 환자의 뇌 조직과 치매 동물모델(mice), 인간 별아교세포를 이용해 진행했다. 박 교수는 “TXNIP가 치매 제어 인자임을 확인한 첫 사례”라며, “앞으로는 TXNIP를 활용해 실질적인 진단 물질 개발과 새 치료 대상 탐색 등을 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 연구 결과는 ‘알츠하이머 치매에서 TXNIP에 의한 별아교세포 염증 기전(TXNIP contributes to induction of pro-inflammatory phenotype and caspase-3 activation in astrocytes during Alzheimer‘s diseases)’이란 제목으로 국제학술지 Redox Biology 5월호에 게재됐다.

순천향의생명연구원 문종석 교수, “치매 신경염증 제어 표적으로 활용 가능성 기대” 알츠하이머 치매 발달이 세포 내 노화 과정을 가속화 하는 핵심 단백질 분자 ‘TXNIP’에 의한 별아교세포 염증반응이 주요 원인임을 밝혀져 치매 치료에 새로운 방법이 예상된다. 순천향대학교(총장 김승우)는 순천향의생명연구원(SIMS) 문종석 교수와 김준형 박사과정생이 알츠하이머 치매 발달에 중요한 기전을 발견했다고 25일 밝혔다. 문 교수 연구팀에 따르면 알츠하이머 치매 환자 뇌 조직과 치매 동물모델(mice) 및 인간 별아교세포를 이용한 연구를 진행했다. 연구결과 세포 내 노화 과정을 가속화시키는 핵심 단백질 분자 TXNIP(세포내 산화환원환경의 항상성을 조절하는 효소)에 의한 별아교세포 염증반응이 알츠하이머 치매 발달에 큰 영향을 미치는 점을 확인했다. 기존 연구에서는 염증성 별아교세포의 증가가 알츠하이머 치매 관련 신경염증 유발에 중요한 것으로 알려져 있었으나, 이를 조절하는 제어인자에 대해서는 정확히 밝혀진 바가 없었다. 연구팀은 이번 연구를 통해 TXNIP가 염증성 별아교세포 관련 염증성표현형 증가를 유도하는 제어인자라는 사실을 새롭게 확인했다. 교신저자인 문종석 교수는 “TXNIP의 별아교세포 염증반응 활성을 확인한 연구 결과로서, 향후 알츠하이머 치매의 신경염증 제어 표적으로서 활용될 가능성을 기대한다”고 설명했다. 연구결과는 최근 ‘TXNIP의 별아교세포 염증반응 증가와 캐스페이즈-3 활성에 의한 알츠하이머 치매 유발 기전(TXNIP contributes to induction of pro-inflammatory phenotype and caspase-3 activation in astrocytes during Alzheimer’s diseases)’ 제목으로 국제학술지 Redox Biology(IF: 10.787, Biochemistry and Molecular biology 분야 상위 9%, 2021 JCR 기준) 5월호에 게재됐다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업, 기본연구사업, 순천향대학교 향설융합연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

나이가 들면 젊었을 때보다는 기억력이 감퇴된다. 치매나 파킨슨병처럼 퇴행성 신경질환을 앓을 가능성도 높아진다. 지금까지는 이 같은 증상과 질환들이 나이들면 당연히 발생하는 것으로 알려졌지만 국내 연구진이 노화로 인해 뇌의 기억 중추에 비정상적 세포가 증가하기 때문이라는 사실을 처음으로 확인했다. 카이스트 생명과학과 연구팀은 노화된 뇌와 치매가 발생한 뇌에서 지금까지 알려지지 않은 새로운 종류의 별아교세포를 발견했다고 8일 밝혔다. 연구팀은 이번에 발견된 세포에 ‘아프다’(APDA·AutoPhagy-Dysregulated Astrocyte)라는 이름을 붙이고 이 세포가 시냅스의 숫자와 기능 유지에 악영향을 미친다는 사실을 규명했다. 이번 연구 결과는 노화의학 분야 국제학술지 ‘네이처 노화학’(Nature Aging)에 실렸다. 별아교세포는 뇌와 척수에 다량으로 존재하는 별모양의 신경 교세포이다. 미세한 잔가지를 통해 수만 개의 시냅스를 감싸고 있으며 글루타메이트, 가바와 같은 신경전달물질과 이온의 농도를 조절해 손상된 뇌와 척수 조직의 재생에 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 연구팀은 이번 연구에 앞서 별아교세포가 신경세포간 접합점인 시냅스를 생성하거나 제거할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 그렇지만 별아교세포의 기능이 노화과정에서 어떻게 변하는지는 명확히 밝혀내지 못했다. 이에 연구팀은 단일 세포RNA 시퀀싱 분석으로 통해 노화된 뇌나 치매 뇌에는 염증성 별아교세포 이외 새로운 별아교세포가 존재한다는 것을 밝혀냈다. 이번에 발견한 새로운 별아교세포 아프다는 기억과 밀접한 관련이 있는 해마 부위에서만 생겨났다. 또 아프다는 세포 내 불필요한 단백질을 제거하는 자가포식 과정에서 생겨나는 오토파고좀이라는 물질을 과다 축적시킨다는 사실을 발견했다. 아프다 세포들에서는 단백질들이 원래 있어야할 위치에서 벗어나면서 시냅스를 만들거나 제거하는 능력을 상실하게 된다. 노화가 발생하지 않은 생후 9개월 생쥐에게 단백질 합성 및 분해를 억제시키면 뇌에서 아프다 세포가 만들어진다는 것을 확인했다. 아프다 세포가 늘어나면 노화된 뇌에서처럼 시냅스가 손상되고 뇌인지 기능이 저하된다는 사실도 밝혀냈다. 연구를 이끈 정원석 카이스트 교수는 “현재 노화 극복을 위해 세포 성장과 분열을 촉진하는 물질을 억제하려는 연구들이 많지만, 이 같은 시도들이 오히려 비정상적인 아프다 세포 생성을 촉진할 수도 있다”며 “노화에 따른 인지기능 저하를 일으키는 새로운 원인을 제시한 만큼 뇌기능 회복을 위한 치료법을 개발하는데 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

연초 다양한 종류의 코로나19 백신이 개발돼 많은 나라들에서 접종이 시작되면서 많은 이들이 코로나19와 인류의 전쟁이 곧 끝날 것이라는 기대를 품었다. 그렇지만 1년 넘게 인류를 괴롭혀 온 바이러스는 쉽게 포기하지 않고 변이를 만들어 반격에 나섰다. 국내에서도 최근 델타변이의 확산과 방역 피로감까지 겹치면서 4차 대유행이 진행 중이다. 4차 대유행이 시작됐지만 여전히 인류는 코로나19에 대해 모르는 것이 많다. 특히 코로나19 바이러스가 사람의 뇌신경에 어떤 영향을 미치는지는 명확히 밝혀지지 않은 상태였다. 이 같은 상황에서 의과학자들이 코로나 바이러스의 침투전략과 확산 과정에 대해 새로운 사실을 밝혀내 주목받고 있다. 미국 캘리포니아 샌디에고대(UCSD) 신경과학과, USCD 의대 소아과, 샌디에고 래디 아동병원 유전자의학연구소, 럿거스대 의대 면역·염증연구센터, 위스콘신-메디슨대 화학생명공학과, 위스콘신-메디슨대 의대 신경외과 공동연구팀은 줄기세포를 이용해 코로나19 바이러스가 인간의 뇌에 어떻게 침투해서 영향을 미치는지 과정을 규명했다고 18일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’ 7월 9일자에 실렸다. 연구팀은 줄기세포로 뇌신경 오가노이드를 만들어 코로나19를 일으키는 바이러스(SARS-CoV-2)에 노출시켰다. 오가노이드는 다양한 형태의 줄기세포를 이용해 3차원(3D) 형태로 재조합하거나 배양해 만든 장기유사체이다. 연구팀은 ‘주피’(Pericytes)라고 불리는 혈관주변세포가 오가노이드에 형성되도록 해 보다 정교한 형태의 뇌신경세포를 만들었다. 실험 결과 사람의 신경세포(뉴런)은 코로나19 바이러스의 직접적인 공격에 대해서는 저항성을 보이는 것으로 확인됐다. 그렇지만 코로나19 바이러스는 ‘트로이 목마’처럼 뇌신경세포를 직접 공격하는 것이 아니라 인체에 무해한 것처럼 세포를 속여 뇌신경 주변 주피를 먼저 감염시키는 것으로 나타났다. 뇌신경세포 주변 혈관을 감염시킨 뒤 코로나19 바이러스는 성상교세포로 알려진 ‘별아교세포’를 주요 공격대상으로 삼는 것으로 확인됐다. 성상교세포는 신경세포의 이온농도조절, 신경세포의 지지, 노폐물 제거, 식세포작용 등 다양한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다. 보통 뇌-혈관장벽 때문에 혈액을 통해서 약물이나 병원균이 뇌에 쉽게 침투하지 못하지만 코로나19 바이러스는 혈액이 아닌 혈관세포를 직접 감염시켜 뇌로 침투한다는 설명이다. 연구팀에 따르면 이처럼 뇌신경 혈관주변세포가 코로나19 바이러스에 감염되면 혈관염증을 유발해 가볍게는 편두통에서 혈액응고, 뇌졸중, 뇌출혈 같은 증상을 유발시킨다는 것이다. 실제로 코로나19 중증환자는 편두통과 뇌졸중, 뇌출혈 등 증상이 빈번히 나타나는 것으로 알려져 있다. 연구를 주도한 조셉 그리슨 UCSD 의대 교수는 “이번 연구를 통해 코로나19가 유발시키는 합병증 중 하나인 뇌신경질환을 효과적으로 설명할 수 있게 됐을 뿐만 아니라 감염병과 다른 뇌신경질환을 이해하는데 도움을 받을 수 있게 됐다”라고 설명했다.

암 치료 성적이 향상되면서 완치되거나 장기간 생존하는 암환자들이 점점 늘어나고 있다. 이미 국내에서도 암 생존자가 지난해 기준으로 160만명을 넘었다. 암 생존자들은 치료 후 다양한 신체적, 정신적, 사회·경제적 문제를 경험한다. 여러 문제 중 해결이 쉽지 않은 것 중 하나가 항암 치료 후 일부에서 발생할 수 있는 인지 장애, 즉 ‘항암뇌’다.암 치료 후 인지 기능이 낮아진 환자를 돌보는 것은 본인뿐 아니라 가족과 사회에도 큰 부담이 된다. 하지만 아직까지는 대증적 치료 외에 마땅한 방법이 없다. 물론 최근 개발된 표적치료제나 면역치료제는 이런 부작용이 적지만 아쉽게도 많은 암환자가 혜택을 보진 못하고 있다. 최근 미국 스탠퍼드대 연구진이 항암뇌 발생 과정과 치료제 개발 가능성을 밝혔다. 연구진은 항암 치료 후 뇌에 있는 여러 세포들의 변화를 살펴봤다. 특히 신경 전기신호를 전달하는 신경세포보다는 신경세포를 둘러싸고 주위 환경을 구성하는 세포들에 관심을 가졌다. 신경세포 보호막인 ‘수초’를 생성하고 유지하는 ‘희소돌기아교세포’, 신경세포 연결을 유도하고 환경을 유지하는 ‘별아교세포’, 면역 역할을 하는 ‘미세아교세포’ 등이다. 우선 연구진은 항암제에 노출된 소아 환자 뇌 조직에서 희소돌기아교세포 전구세포가 정상 희소돌기아교세포로 제대로 분화하지 못하는 것을 확인했다. 항암제 사용을 중단해도 효과가 장기간 나타났다. 그 결과 수초 두께가 얇아지고 제대로 신경세포를 보호하지 못하게 됐다. 생쥐 실험에서도 항암제 투여 후 운동 기능과 단기 기억장애가 발생한다는 것을 확인했다. 실제 암 생존자들에게서 나타나는 현상과 비슷하다. 이어 정상 희소돌기아교세포를 투여하면 회복되는지 살펴봤지만 완전하게 회복되지 않는 것을 확인했다. 동시에 연구진은 미세아교세포가 항암제를 투여하면 활성화되고 항암제를 중단해도 그 효과가 유지되는 것을 발견했다. 또 활성화된 미세아교세포가 별아교세포에 나쁜 영향을 주고 기능을 방해해 신경세포 영양 공급과 기능 유지를 방해하는 것도 확인했다. 연구진은 특정 약물을 투여해 미세아교세포를 줄이는 실험을 진행했다. 그 결과 미세아교세포가 감소했고 희귀돌기아교세포 전구세포가 분화되는 과정이 회복되면서 수초가 두꺼워지고 반응성 별아교세포를 줄이면서 정상화됐다. 물론 운동 기능이나 인지 기능이 회복되는 것도 생쥐 실험에서 확인했다. 지금까지 항암제 치료 후 발생하는 인지 기능 저하 기전에 대해 잘 알지 못했다. 한동안 항암제로 인한 신경세포 손상에 관심이 많았다. 그러나 발상의 전환으로 항암제가 신경세포가 아닌 이를 둘러싸고 있는 환경에 영향을 미치면서 항암뇌가 나타나는 것을 알게 됐다. 더 주목할 점은 치료법 개발 가능성까지 제시했다는 것이다. 실험에 사용한 약물은 원래 항암제로 개발한 약제이지만 미세아교세포 억제 효과를 밝혀 도리어 항암뇌를 예방하고 치료하는 데 사용할 수 있게 됐다.