노화로 인한 근력 손실... '뇌'에 원인 있었다

한국연구재단, '흑질-선조체 도파민 신경계' 항노화 유도로 근감소 억제 규명

[유창재 기자]

나이가 들면서 근육이 약해지는 근력 손실로 '운동기능 저하'와 '근감소증'이 나타나 노년기 삶의 질을 급격히 떨어뜨린다. 이러한 운동신경계의 기능 저하는 일반적인 노화 과정에서도 광범위하게 나타나며, 초고령화 사회에서 삶의 질 저하를 가속화하는 핵심 요인으로 주목 받고 있다.

단순히 근육이 약해지는 문제만이 아니라 그 근원적 중심이 '운동신경 노화와 연계된 뇌에서 시작되는 문제일 수도 있지 않을까?'라는 의문을 계기로 연구가 이뤄졌다. 그 결과 근력 손실의 원인이 '뇌'에서 출발, 즉 뇌의 운동 관련 신경계에 '항노화'를 유도했을 때 골격 근량과 운동 능력이 보존되는 것을 규명했다. 나아가 이 연구가 향후 '근감소증 항노화 치료제'를 개발하는 새로운 전략이 될 것으로 기대가 모아지고 있다.

▲ 도파민 신경세포 내 항노화 인자 발현 유도에 의한 흑질-선도체 도파민 신경계 보존 효과 흑질 도파민 신경세포 내 SIRT3 과발현이 노화된 생쥐의 도파민 신경세포(TH 염색) 수를 보존하고 (위), 세포사멸 관련 단백질(c-Caspase-3, c-PARP-1, p-MLKL, p-RIP3) 발현을 감소시킴 (가운데). 또한 선조체(striatum)에서 도파민 신경섬유(TH 염색)가 보존되며, 실제 도파민과 그 대사체(HVA) 양이 유지됨을 보여줌 (아래). / 그림설명 및 그림제공 : 경북대학교 김상룡 교수 ⓒ 한국연구재단 제공

한국연구재단(이사장 홍원화)은 13일 경북대학교 김상룡·이준영 교수, 남영표·김세환 박사와 한국뇌연구원 김재광 박사 연구팀의 공동 연구를 통해 "'흑질-선조체 도파민 신경계(Nigrostriatal dopamine system, 운동 조절에 중요한 뇌의 도파민 신경 경로)'의 기능 저하가 노화에 따른 근육량 감소의 근본적 원인 중 하나이며, 이와 관련된 신경시스템의 항노화 유도는 노화성 운동장애의 핵심인 근감소증을 억제할 수 있음을 규명했다"고 밝혔다.

참고로 '흑질-선조체 도파민 신경계'는 중뇌에 위치한 뇌영역인 흑질에서 선조체로 도파민이 전달되는 신경 회로이며, 이런 작동이 근육 움직임을 조절해 운동 조절에 중요한 역할을 맡고 있다고 한다.

이어 한국연구재단은 "운동 조절의 핵심 뇌 회로인 흑질-선조체 도파민 신경계는 노화에 매우 민감하고 운동능력과 밀접하게 연관돼 있다는 사실이 잘 알려져 있지만 직접적인 연관성을 밝힌 연구는 없었다"면서 "이를 실험적으로 규명하는 것에서 나아가 흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화까지 유도할 수 있다면 고령층의 건강 수명을 늘리는 치료제 개발로 이어질 수 있다"고 기대했다.

한국연구재단에 따르면, 공동 연구팀은 노화로 인한 운동능력 저하와 근감소증 문제를 해결하기 위한 새로운 전략으로 노화에 취약한 '흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화 유도'에 주목했다.

먼저, 연구팀은 노령 생쥐(20개월령) 모델의 흑질 내에서 항노화 인자 중 하나인 시르투인3(SIRT3)의 발현이 노화에 따라 감소한다는 것을 확인했다.

시르투인3(SIRT3)는 포유류에서 발견되는 단백질 중 하나로 노화지연, 에너지 대사과정 조절 기능 등을 한다. 또 이 연구의 핵심 인자인 시르투인3은 생물의 세포 속에 있는 중요한 세포 소기관인 미토콘드리아 기능을 개선하는 역할을 한다.

▲ 흑질-선조체 도파민 신경계의 항노화에 의한 운동 기능 및 골격근 보존 효과 SIRT3 과발현이 노화된 생쥐의 운동기능 감소를 완화하고 (위), 근육량(LBM) 보존 및 지방량(FBM) 감소를 유도함 (가운데). 또한 골격근 내에 노화 인자 p16INK4a 발현 증가 및 시냅토피신(Synaptophysin) 발현 감소를 억제하여 신경근접합부 보호 효과를 보여줌 (아래). / 그림설명 및 그림제공: 경북대학교 김상룡 교수 ⓒ 한국연구재단 제공

특히 연구팀은 도파민 신경세포 내에서 시트루인3의 발현을 증진시키는 '유전자 전달 전략(이 연구에서는 바이러스 기반 유전자 전달 방식(Adeno-associated virus, AAV) 사용)을 사용했을 때, 미토콘드리아 기능이 활성화되고 노화 표지 단백질(p16INK4a)의 발현이 감소함을 규명했다.

이렇게 시트루인3 발현을 높인 생쥐 모델에 대한 운동기능 평가 결과, 운동기능 저하가 완화됐고 골격근량 유지 효과도 확인했다. 또 골격근 조직 분석을 했을 때, 해당 생쥐 모델에서 신경과 근육이 연결되는 부위인 신경근접합부 보호 효과도 입증해냈다.

▲ 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환을 집중 연구하는 김상룡 경북대학교 교수 ⓒ 한국연구재단 제공

김상룡 경북대 교수는 이번 연구성과에 대해 "나이가 들면서 누구에게나 나타나는 운동력 저하와 근감소증이 노화에 따른 뇌-운동신경계 기능 저하가 근본적 원인일 수 있음을 보여준다"면서 "향후 신경계 보호 기반 맞춤형 항노화 치료제 개발로 이어질 수 있는 발판을 제공할 것으로 기대한다"고 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 및 글로벌 기초연구실 사업의 지원으로 수행됐으며, 이번 연구 성과는 생화학·분자생물학 연구 분야의 세계적 권위지인 <신호전달 및 표적 치료(Signal Transduction and Targeted Therapy)>(IF=40.8) 5월호에 게재됐다.