한국뇌연구원(KBRI, 원장 이승복)은 치매연구그룹 김도근, 천무경 박사 공동연구팀이 공간 전사체(Spatial Transcriptomics) 최신 기술을 활용하여 치매 초기 뇌 염증이 없는 상태에서도 뇌 면역세포가 시냅스를 파괴하는 새로운 신경망 손상 기전을 규명했다고 밝혔다.

루이소체 치매 등 시뉴클레인병증은 뇌 속에 알파-시뉴클레인 단백질이 비정상적으로 축적되어 심각한 인지 기능 저하를 유발하는 난치성 질환이다. 

해당 질환의 본격적인 뇌 염증이나 신경세포 사멸이 나타나기 이전의 초기단계에서 시냅스가 어떤 과정을 통해 붕괴되는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 

한국뇌연구원 연구팀은 뇌 조직 내 세포들의 위치 정보를 유지한 채 유전자 발현을 맵핑하는 ‘공간 전사체’기술을 시뉴클레인병증 질환 마우스 모델에 적용하여 질병 초기 해마의 미세환경 변화를 고해상도로 분석했다. 

분석결과, 알파-시뉴클레인의 축적은 해마 신경세포의 과도한 스트레스 반응을 유발했다. 연구팀은 이 이상 신호가 뇌 염증 반응과 독립적으로 주변 뇌 면역세포(미세아교세포)의 포식 경로인‘AXL-AKT’신호를 선택적으로 활성화함을 확인했다. 
 

▲ 공간 전사체 분석으로 규명한 비염증성 미세아교세포 포식기전 [사진=한국뇌연구원 제공]

특히 연구팀은 활성화된 미세아교세포가 신경세포 간 연결 부위인 후시냅스 단백질(PSD95)을 과도하게 제거하는 비정상적으로 과활성된 ‘시냅스 가지치기(Synaptic pruning)’를 유발했으며, 이 과정이 결국 초기 뇌 신경망 붕괴로 이어짐을 확인했다.

이번 연구는 치매가 단순히 신경세포가 죽으면서 시작되는 질환이 아니라, 신경세포 간 연결망이 미세아교세포의 포식활동의 증가로 인해 먼저 약화되고 붕괴되면서 진행될 수 있음을 보여주는 결과다.

교신저자인 김도근 박사(한국뇌연구원)은 “이번 연구는 뇌 염증이 본격적으로 나타나기 이전 단계에서도, 미세아교세포의 AXL 경로 기반 포식 작용만으로 뇌 신경망이 조용히 붕괴될 수 있음을 보여준 성과”라며, “향후 루이소체 치매 등 퇴행성 뇌질환의 진행을 조기에 진단하고 차단할 수 있는 새로운 치료 표적이 될 것”이라고 말했다.

공동교신저자인 천무경 박사(한국뇌연구원)은 “첨단 공간 분석 기술과 생물학적 검증을 융합하여 질환 초기의 복잡한 뇌 병리 현상을 시각적이고 기전적으로 풀어낼 수 있었다”고 덧붙였다.

한편 본 연구는 과학기술정보통신부 지원 바이오의료기술개발사업,글로벌 TOP전략연구단 지원사업, 한국뇌연구원 기관고유사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 다학제 분야 최상위 국제 학술지 ‘저널 오브 어드밴스드 리서치(Journal of Advanced Research)’ 최신호에 게재되었다. 

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com