노인성 뇌 질환…'남아도는 당'이 문제였다

[달서구월배노인복지센터]

카이스트 연구팀, 뇌수막 기능 이상 원인 확인

국내 연구진이 노화에 따라 몸에 당이 축적되면서 뇌가 어떻게 변화해 장애가 일어나는지 확인하는 데 성공했다. 각종 뇌 질환 치료법 개발에 도움을 줄 전망이다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 김필남 바이오및뇌공학과 교수, 정용 교수 공동연구팀이 뇌를 감싸고 있는 뇌막(혹은 뇌수막·brain meninges)에 노화에 따라 당이 축적되면서 뇌 피질을 감싸고 있는 ‘최전선 방어벽'으로의 기능에 장애가 일어남을 확인했다고 15일 밝혔다.

＜노화함에 따라 감소하는 뇌막을 통한 물질 유입＞ 뇌척수액(CSF)에 포함된 형광물질이 고령 쥐에서 뇌막에 흡착되는 정도가 증가하며 뇌혈관 주위로 들어가는 정도가 감소하는 것을 확인했다. 이번 연구에서는 물질의 출입 중 뇌 안으로 들어가는 유입만 확인했으나 추후 연구를 통해 유출 정도도 확인할 수 있을 것이다. ＜그림출처=KAIST 제공＞

평균연령 증가로 인해 심각한 뇌 질환을 동반하지 않은 일반적인 노화로 인한 뇌의 변화에 관한 연구 역시 필요한 추세다. 노화가 진행될수록 몸속에 ‘당’이 축적되고 이렇게 축적된 당은 노화-연관 염증, 혈관질환 등 다양한 질환의 원인 물질이 된다. 결국‘남아도는 당 분자’는 몸속 다양한 단백질에 붙어 단백질의 기능을 방해한다.

연구팀은 노령자의 뇌막에서 당 분자의 과도한 축적을 확인하고, 생쥐 모델에서도 나이에 따른 당의 축적이 이뤄짐을 확인하였다. 뇌막은 뇌를 감싸고 있는 얇은 막으로 뇌척수액과 피질의 경계에 존재하며 뇌를 보호하는 중요한 기능을 하고 있다. 이번 연구에서는 이러한 뇌막이 노화로 인해 생기는 기능이상이 뇌 속 ‘남아도는’ 당에 의해서 유도됨을 밝혔다. 특히, 노화에 의해서 뇌막이 얇아지고 끈적해지면서 뇌척수액과 뇌피질과의 물질교환이 감소하는 것에 대한 원리 규명에 새로운 패러다임을 제공하게 됐다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '노화하는 세포(Aging Cell)'에 지난달 28일 자 온라인 게재됐다.

뇌척수액과 직접 맞닿아 있는 뇌막은 주로 콜라겐 (collagen)이라는 세포외기질 (Extracellular Matrix, ECM) 단백질로 구성되어 있으며 이 단백질을 생산하는 세포인 섬유아세포 (fibroblast) 로 이루어져 있다. 당이 흡착된 콜라겐 단백질과 부착된 세포는 콜라겐의 생산기능이 떨어지는 반면, 콜라겐의 분해 효소의 발현이 높아지면서 뇌막은 지속적으로 얇아지고 붕괴된다.

＜노화로 인한 뇌막 성질 변화 연구에 대한 대표 모식도＞ 연구팀은 뇌막 자체의 기질(matrix) 특성 변화에 따른 물리적/세포적 변화를 관찰하였다. 노화로 인해 당이 축적된 뇌막은 단단하고 끈적해지는 성질 변화를 거치게 되어 뇌-뇌척수액 이동물질이 흡착되어 출입을 방해하며, 막을 구성하는 타입 1 콜라겐의 양이 감소함으로써 두께가 얇아지는 현상이 관찰된다. ＜그림출처=KAIST＞

지속적인 당 섭취로 인해서 초과된 당 분자가 뇌에 쌓이면서 신경세포의 변성과 뇌 질환 간의 연구는 지속적으로 진행되어 왔다. 하지만 뇌를 감싸고 있는 뇌막 자체에 초점을 두어 당 축적으로 인한 뇌막 변성 및 기능 장애를 확인한 것은 이번 연구에서 최초로 제시되었으며, 이는 뇌 질환 연구에서의 새로운 치료접근을 제시할 것을 기대할 수 있다.

연구팀은 이러한 뇌막을 비롯한 인체 전반적으로 쌓이는 당을 제거하기 위한 연구개발을 진행하고 있다. 인체에서 단백질과 당이 만나서 형성되는 찌꺼기인 최종당화산물(Advanced glycation end product)는 대식세포에 의해서 일부 제거된다. 하지만, 콜라겐과 같은 세포외기질 단백질과 결합한 당화산물은 자연적으로는 제거되기 어렵다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr

https://view.asiae.co.kr/article/2023031512260213636