新(신) 뇌신경 이미징 기술→치매 조기 진단한다

국내 연구팀, 뇌 속 반응성 별세포와 신경세포 영상화 성공

[아이뉴스24 정종오 기자] 알츠하이머 치매 조기 진단을 위한 뇌 속 반응성 별세포를 영상화하는 길이 열렸다.

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀은 세브란스병원(원장 하종원) 핵의학과 윤미진 교수, 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 뇌과학연구소 류훈 책임연구원 연구팀과 함께 알츠하이머 치매 뇌에서 나타나는 반응성 별세포와 신경세포 대사 저하를 영상화하는 데 성공하고 그 작동원리를 알아냈다.

노인성 치매의 대표적 원인 중 하나인 알츠하이머 치매는 뇌 염증반응을 동반하는 것으로 잘 알려져 있다. 뇌 염증반응이 일어날 때, 가장 먼저 나타나는 현상 중 하나는 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포인 별세포(Astrocyte)의 크기와 기능이 변하는 반응성 별세포화(Reactive astrogliosis)에 있다.

노란색으로 표시된 영역에서 반응성 별세포화를 유도했을 때, 탄소11-아세트산 흡수가 증가(주황색)하고, 불소18-플루오로데옥시글루코오스 흡수가 감소(파란색)하는 것을 확인했다. 이러한 변화는 마오비(MAO-B) 억제제(KDS2010)로 반응성 별세포화를 억제하거나(왼쪽), MCT1 유전자의 발현을 억제할 경우(오른쪽) 정상 수준으로 회복됐다. [사진=IBS]

인지 및 사회성 연구단은 지난 연구에서 반응성 별세포가 마오비(MAO-B) 효소(세포 내 미토콘드리아에 존재하는 단백질)를 발현해 푸트레신(Putrescine)으로부터 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)를 생성, 기억력 감퇴를 일으킨다는 것을 보고한 바 있다.

최근 별세포 내 요소를 생성하는 요소회로의 존재를 확인하고 활성화된 요소회로가 치매를 촉진함을 규명했다.

반응성 별세포의 이러한 임상적 중요성에도 불구하고 임상 수준에서 유의미하게 이 세포를 영상화해 관찰과 진단할 수 있는 뇌신경 이미징 기술은 아직 개발되지 않았다.

연구팀은 탄소11-아세트산과 불소18-플루오로데옥시글루코오스를 함께 활용한 양전자 방출 단층 촬영(Positron Emission Tomography, PET) 영상으로 알츠하이머 환자에서의 반응성 별세포와 이에 의한 신경세포의 포도당 대사 저하를 영상화할 수 있음을 보여줬다.

연구팀은 반응성 별세포 유도 동물 모델을 PET 영상 촬영을 통해 확인한 결과, 반응성 별세포화가 반응성 별세포의 아세트산 대사를 활성화시키고 주변 신경세포의 포도당 대사 억제를 유도하는 것을 규명했다.

PET 영상과 함께 면역조직화학과 전기생리학적 방법을 포함한 다각적 분석으로 아세트산이 반응성 별세포화를 촉진시켜 푸트레신과 가바의 생성으로 유도, 치매를 유발함을 알아냈다.

‘식초’로 잘 알려진 아세트산은 별세포의 에너지원으로 기능하는데 별세포에서 특이적으로 발현하는 모노카복실산 수송체1(Monocarboxylate transporter 1, MCT1)에 의해 반응성 별세포에서 아세트산을 지나치게 흡수해 반응성 별세포화를 더욱 촉진시켰다.

아세트산이 독성물질인 아밀로이드 베타를 처리한 별세포에서 유도되는 반응성 별세포화와 요소회로 활성화, 이에 따른 푸트레신과 가바 생성을 촉진하는 것을 확인했다.

반응성 별세포화를 억제하거나 MCT1의 발현을 억제했을 때 별세포의 아세트산 대사와 주변 신경세포의 포도당 대사가 정상적으로 회복됐다. 이러한 대사변화는 다양한 알츠하이머 동물 모델과 실제 알츠하이머 환자에게도 동일하게 발견됐다. 대사변화가 심할수록 알츠하이머 환자의 인지기능도 크게 떨어졌다.

아밀로이드 베타는 치매의 주원인으로 알려졌다. 이를 표적으로 하는 PET 영상은 임상에서 환자를 진단하는 데 한계가 있었다. 아밀로이드 베타를 제거하는 것을 목표로 하는 치매 치료제는 현재까지 모두 실패했다.

남민호 KIST 선임연구원은 “이번 연구는 최근 치매의 핵심 원인으로 조명되고 있는 반응성 별세포를 환자 뇌에서 직접 가시화할 수 있음을 보여줘 학술적, 임상적 가치가 크다”고 설명했다.

이창준 IBS 단장은 “알츠하이머 동물 모델을 통해 아세트산의 이동통로가 되는 MCT1을 억제했을 때 상당히 유의미한 회복이 나타남을 확인했다”며 “MCT1이 새로운 알츠하이머 치매 치료 타깃이 될 수 있을 것”이라고 전했다.

이번 연구결과는 뇌과학 분야의 대표적 학술지 ‘브레인(Brain)’ 4월 17일자 온라인에 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)