韓연구진, 뇌 노폐물 배출 경로 세계 최초 규명…치매 치료 새 단서

국내 연구진이 뇌 속 노폐물을 실어 나르는 뇌척수액이 뇌 밖으로 빠져나가는 핵심 경로를 세계 최초로 규명했다. 노화로 저하된 뇌 노폐물 배출 기능을 유전자 치료로 회복할 가능성도 동물실험에서 확인돼, 치매 등 퇴행성 뇌질환 치료 연구에 새로운 단서가 될 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단 고규영 단장 연구팀이 동물 실험을 통해 뇌척수액이 뇌를 둘러싼 지주막을 통과해 뇌막 림프관으로 흡수·배출되는 핵심 경로를 규명했다고 22일 밝혔다.

이번 연구는 과기부의 IBS 기초과학연구단 지원 사업을 통해 수행됐으며, 연구 결과는 세계 최고 권위의 학술지인 국제학술지 '셀(Cell)'에 이날 온라인 게재됐다.

뇌척수액은 뇌와 척수를 보호하는 동시에 뇌에서 발생한 노폐물을 밖으로 운반하는 역할을 한다. 성인의 뇌와 지주막 사이에는 약 150mL의 뇌척수액이 존재하며 하루 약 500mL가 새롭게 생성돼 순환한다.

뇌척수액의 배출 기능이 떨어지면 아밀로이드 베타와 인산화 타우, 알파 시누클레인 등 신경독성 단백질이 뇌에 축적될 수 있다. 이는 인지기능 저하와 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌질환의 발병과 연관된 것으로 알려져 있다.

그동안 뇌척수액이 뇌막 림프관과 코 안의 림프관을 거쳐 목 림프절로 배출된다는 사실은 밝혀졌지만, 뇌척수액이 질긴 보호막인 지주막을 어떻게 통과하는지는 풀리지 않은 난제로 남아 있었다.

연구팀은 형광 물질로 림프관을 표시한 생쥐와 3차원 입체영상, 주사전자현미경 등을 활용해 코와 뇌의 경계에 있는 후각망울 주변을 분석했다.

그 결과 후각망울을 둘러싼 지주막에 평균 지름 약 4.5마이크로미터(㎛)의 미세한 구멍들이 조밀하게 분포하고 있는 사실을 확인했다. 연구팀은 이 구조를 '지주막 소창'(Arachnoid fenestrations, 미세 구멍)으로 명명했다.

형광 추적물질을 이용한 실험에서는 뇌척수액이 지주막 소창을 통과한 뒤 뇌막 림프관에 흡수되고, 코 안의 림프관과 목 부위 림프관을 거쳐 경부 림프절까지 이동하는 것으로 나타났다.

이에 따라 뇌척수액이 지주막 소창에서 출발해 뇌막 림프관과 비강 림프관을 거쳐 목 림프절로 배출되는 전체 경로가 확인됐다. 약 250년간 명확히 밝혀지지 않았던 뇌척수액 배출 과정의 연결 구조가 완성된 셈이다.

연구팀은 영장류의 후각망울 주변에서도 생쥐와 유사한 지주막 소창을 확인했다. 연구진은 사람에게도 같은 배출 구조가 존재할 가능성을 보여주는 결과라고 설명했다.

노화가 진행되면 이 배출 경로도 함께 퇴화하는 것으로 나타났다. 노화 생쥐는 젊은 생쥐보다 지주막 소창의 크기와 개수가 50~60% 감소했고, 후각망울 주변 뇌막 림프관은 58%, 림프관이 통과하는 사골판 중앙부 구멍 면적은 64% 줄었다.

연구팀은 노화 생쥐의 코 점막에 림프관 생성을 촉진하는 'VEGF-C' 유전자를 바이러스 전달체를 이용해 투여했다. 그 결과 후각망울 주변의 뇌막 림프관이 2~3배 증가했고, 목 림프절로 배출되는 뇌척수액의 양도 젊은 생쥐 수준으로 회복됐다.

다만 유전자 투여로 좁아진 지주막 소창 자체가 회복된 것은 아니며, 이번 연구 역시 생쥐와 영장류 조직을 대상으로 진행됐다. 실제 치매 예방이나 인지기능 개선 효과가 있는지는 인체 조직 연구와 추가 임상 연구를 통해 확인해야 한다.

고규영 IBS 혈관 연구단장은 "뇌척수액이 지주막을 통과하는 경로를 명료하게 밝힌 이정표적 성과"라며 "뇌 노폐물 배출의 시작점부터 목 림프절에 이르는 연결 구조를 통합적으로 이해할 기반을 마련했다"고 말했다.

연구를 주도한 홍선표 IBS 연구위원도 "영장류에서도 동일한 구조를 확인해 사람의 뇌 청소 기전을 밝힐 핵심 단서를 확보했다"며 "인체 조직 연구와 퇴행성 뇌질환 치료 전략 개발로 연구를 확장할 계획"이라고 밝혔다.

과기부 김성수 연구개발정책실장은 "이번 성과는 생명 현상의 이해를 높이고 뇌질환 연구의 패러다임을 바꿀 혁신적 성과"라며 "앞으로도 인류 난제에 도전하고 새로운 영역을 개척하는 기초·원천 연구에 대한 지원을 아끼지 않겠다"고 했다. ...