존엄한 노년을 위협하는 질병, 치매. 기대수명과 평균수명이 길어지면서 퇴행성 뇌 질환인 치매 환자도 늘어나는 추세이다. 과학기술의 발달에도 불구하고 지금까지 치매를 예방할 수 있는 방법은 나오지 않고 있다. 이 때문에 치매를 조기 진단해 대비할 수 있는 것이 무엇보다 중요하다.

기초과학연구원(IBS) 인지및사회성 연구단, 세브란스병원 핵의학과, 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 공동 연구팀은 알츠하이머 치매 환자의 뇌에서 나타나는 반응성 별세포와 이로 인한 신경세포 대사 저하 현상을 영상화하고 메커니즘을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 뇌신경과학 분야 국제학술지 ‘브레인’ 4월 17일자에 실렸다.

지금까지 많은 연구를 통해 알츠하이머는 뇌에 아밀로이드 베타 단백질이나 타우 단백질이 침착되면서 염증반응을 나타내기 때문으로 발생하는 것으로 알려져 있다. 특히 뇌 염증반응이 생길 때 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포인 별세포 크기와 기능이 변하는 반응성 별세포가 될 것이다.

연구팀은 이에 앞서 반응성 별세포가 마오비(MAO-B) 효소를 발현시키고 억제성 신경전달물질인 가바를 생성해 기억력 감퇴를 일으킨다는 것을 밝혀냈다. 또 최근에는 별세포 내 요소를 생성하는 요소회로의 존재를 확인하고 활성화된 요소회로가 치매를 촉진한다는 것을 밝혀냈다. 그렇지만 이 세포를 관찰하거나 진단할 수 있는 뇌신경 이미징 기술은 없었다.

이에 연구팀은 탄소11-아세트산(11C-아세트산)과 불소19-플로오로데옥시글루코오스(18F-FDG)를 활용한 양전자 방출 단층 촬영(PET) 영상으로 알츠하이머 환자에게서 반응성 별세포와 이에 의한 신경세포의 포도당 대사 저하를 영상화했다. PET는 특정 물질에 선택적으로 결합하는 방사성의약품이 방출하는 양전자를 측정해 인체의 생리·화학적, 기능적 3차원 영상을 보여주는 기술이다. 11C-아세트산은 암 진단에 사용됐으며, 18F-FDG는 포도당을 추적해 뇌의 활성을 모니터링하는 데 사용됐다.연구팀은 반응성 별세포 유도 동물 모델로 PET 영상 촬영을 통해 확인한 결과 반응성 별세포화가 반응성 별세포의 아세트산 대사를 활성화하고 주변 신경세포의 포도당 대사 억제를 유도하는 것을 밝혀냈다. 식초로 알려진 아세트산이 독성물질인 아밀로이드 베타를 처리한 별세포에서 유도되는 반응성 별세포화와 요소회로 활성화, 그리고 이에 따른 푸트레신과 가바 생성을 촉진하는 것을 확인했다. 반대로 반응성 별세포화를 억제할 경우 별세포의 아세트산 대사와 주변 신경세포의 포도당 대사가 정상적으로 회복됐다. 이런 대사 변화는 다양한 알츠하이머 동물 모델과 실제 알츠하이머 환자에게도 같이 발견됐으며 대사 변화가 심할수록 알츠하이머 환자의 인지기능도 크게 저하됐다.

이번 연구를 이끈 이창준 IBS 단장은 “이번 연구 결과는 최근 치매의 핵심 원인으로 주목받고 있는 반응성 별세포의 변화를 실제 환자의 뇌에서 직접 영상으로 관찰할 수 있었다는 데 의미가 크다”라며 “동물실험을 통해 별세포 속 아세트산 이동 통로를 억제하면 치매 증상의 회복이 유의미하게 나타나는 것을 확인한 만큼 새로운 알츠하이머 치매 치료 표적이 될 수 있을 것”이라고 말했다.