알츠하이머 뇌세포 변화, 영상화 성공

IBS, 치매 조기 진단 가능성 확인

PET 영상 촬영을 통해 관찰한 뇌 속 별세포와 신경세포. 기초과학연구원(IBS) 제공

알츠하이머 치매의 조기 진단을 위한 뇌 속 반응성 별세포를 영상화하는 길이 열렸다.

기초과학연구원(IBS)은 이창준 인지 및 사회성 연구단 단장 공동연구팀이 알츠하이머 치매 뇌에서 나타나는 반응성 별세포와 이로 인한 신경세포 대사 저하를 영상화하는 데 성공하고 원리를 규명했다고 17일 밝혔다.

노인성 치매의 대표적인 원인 중 하나인 알츠하이머 치매는 뇌 염증반응을 동반하는 것으로 잘 알려졌다. 뇌 염증반응이 일어날 때 가장 먼저 나타나는 현상 중 하나는 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포인 별세포의 크기와 기능이 변하는 반응성 별세포화다.

앞서 인지 및 사회성 연구단은 반응성 별세포가 마오비(MAO-B) 효소를 발현해 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)를 생성하고 기억력 감퇴를 일으킨다고 보고했다. 최근에는 별세포 내 요소를 생성하는 요소회로의 존재를 확인하고 활성화된 요소회로가 치매를 촉진함을 규명했다. 하지만 임상 수준에서 유의미하게 이 세포를 영상화하여 관찰 및 진단할 수 있는 뇌신경 이미징 기술은 아직 개발되지 않았다.

연구팀은 탄소11-아세트산(C-acetate)과 불소18-플루오로데옥시글루코오스(F-FDG)를 함께 활용한 양전자 방출 단층 촬영(PET) 영상으로 알츠하이머 환자에서의 반응성 별세포와 이에 의한 신경세포의 포도당 대사 저하를 영상화할 수 있음을 보여줬다. PET는 특정 물질에 선택적으로 결합하는 방사성의약품이 방출하는 양전자를 측정해 인체의 생리․화학적, 기능적 3차원 영상을 보여주는 기술이다. C-Acetate는 추적물질인 아세트산을 흡수하는 세포를 영상화해 주로 암 진단에 사용됐으며 F-FDG는 포도당을 추적하여 뇌의 활성을 모터링하는 데 사용됐다.

연구진은 반응성 별세포 유도 동물 모델을 PET 영상 촬영을 통해 확인했다. 그 결과 반응성 별세포화는 반응성 별세포의 아세트산 대사를 활성화시키고 주변 신경세포의 포도당 대사 억제를 유도하는 것을 밝혔다. 또한 PET 영상과 함께 면역조직화학 및 전기생리학적 방법을 포함한 다각적인 분석으로 아세트산이 반응성 별세포화를 촉진시켜 푸트레신 및 가바의 생성으로 유도 및 치매를 유발함을 밝혔다.

또 아세트산이 독성물질인 아밀로이드 베타를 처리한 별세포에서 유도되는 반응성 별세포화와 요소회로 활성화 및 이에 따른 푸트레신과 가바 생성을 촉진하는 것을 확인했다. 반대로 반응성 별세포화를 억제하거나 MCT1의 발현을 억제했을 때 별세포의 아세트산 대사와 주변 신경세포의 포도당 대사가 정상적으로 회복되는 것을 확인했다. 이러한 대사변화는 다양한 알츠하이머 동물 모델과 실제 알츠하이머 환자에게도 동일하게 발견됐다. 

연구팀은 “PET 영상이 반응성 별세포와 기능적으로 억제된 신경세포를 임상 수준에서 진단하는 데 활용될 수 있음을 밝혀 알츠하이머 치매의 조기 진단의 가능성을 보여줬다”며 “무엇보다 아세트산과 MCT1 수송체에 의한 반응성 별세포화 촉진 기전을 밝힘으로써 새로운 치매 치료제의 표적을 제시했다”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 타겟이 될 수 있을 것”이라고 전했다. 연구 결과는 국제학술지‘브레인’에 이날 온라인 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]