수면 중 뇌혈류 조절하는 핵심 뉴런 찾았다… “수면 장애 메커니즘 밝힐 실마리”

IBS 뇌과학 이미징 연구단 김성기 단장 연구팀

깨어있는 상태(왼쪽)와 마취 상태에서 PV뉴런 활성에 의한 혈관 반응 기전 모식도. /IBS

잠을 자는 동안 뇌혈류를 조절하는 핵심 뉴런(Neuron)을 국내 연구진이 찾았다. 수면 장애 메커니즘을 밝혀낼 실마리가 될 것으로 보인다.

기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단 김성기 단장(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수) 연구팀은 살아있는 쥐에서 억제성 뉴런 중 하나인 PV 뉴런(Parvalbumin neuron)이 혈류 증가를 일으키는 원인이라는 사실을 발견했다고 26일 밝혔다.

우리 뇌는 수면 중에도 완전히 쉬지 않는다. 오히려 깨어 있을 때보다 뇌혈류가 증가하고, 이는 뇌의 노폐물을 제거해 치매 방지 등의 역할을 한다. 하지만 수면 중에 뇌혈류가 더 증가하는 정확한 원리는 아직 규명되지 않았다.

연구팀은 빛을 감지해 세포활성을 증가시키는 단백질을 PV 뉴런에 발현시켰다. 이후 광학이미징 기술과 기능적 자기공명영상(Functional magnetic resonance imaging, fMRI)을 활용해 광자극에 따른 뇌혈류 변화를 관찰했다.

관찰 결과, 마취 상태에서 광 자극이 가해져 PV 뉴런이 활성화된 동안에는 뇌혈류 감소가 일어났지만, 자극이 끝난 후에는 오히려 매우 느린 속도의 혈류 증가가 일어났다. 반면에 깨어있는 상태에서는 광 자극이 끝난 후에도 PV 뉴런이 오로지 혈류 감소만을 일으켰다.

연구팀은 PV 뉴런이 뇌의 각성 상태에 따라 상반된 두 가지 역할을 한다고 설명했다. 나아가 연구진은 PV 뉴런이 마취상태에서 매우 느린 속도의 혈류 증가를 일으키는 기전도 밝혀냈다.

활성화된 PV 뉴런은 주위에 흥분성 뉴런의 활성을 억제해 혈관이 수축하고 혈류 공급이 줄어든다. 그런데 PV 뉴런이 마취 상태에서만 ‘물질 P(Substance P)’라는 신경 펩타이드 신경 펩타이드 물질을 분비하면서, 혈관 확장물질인 산화질소(Nitric oxide, NO)를 분비하는 신경 세포를 활성화시켜 혈류 증가 속도가 매우 느려진 것이다.

김성기 단장은 “지금까지 뇌혈류 조절에 관여하지 않는다고 여겨진 PV 뉴런과 신경 펩타이드의 역할을 밝힘으로써 뇌신경혈류 관련 연구에 새로운 방향을 제시”했다며 “수면 장애의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 성균관대 서민아 교수(글로벌바이오메디컬공학과) 연구팀, 미국 펜실베니아 주립대학 패트릭 드루(Patrick Drew) 교수와 공동으로 진행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Science, PNAS)에 26일 온라인 게재됐다.

참고자료

Proceedings of the National Academy of Science, DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.2220777120

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