한국과학기술연구원(KIST) 뇌질환극복연구단 류훈 박사 연구팀은 기초과학연구원(IBS) 이창준 단장 연구팀, 보스톤 의대 이정희 교수 연구팀과 공동으로 별세포(Astrocyte)를 활용해 알츠하이머 치매 치료 메커니즘을 규명하고 새로운 치료 표적을 제시했습니다. 공동 연구진은 이번 연구를 통해 뇌 속 비신경세포인 별세포의 자가포식(Autophagy, 오토파지) 작용이 알츠하이머 치매 환자 뇌 속에서 아밀로이드 베타(Aβ) 올리고머 독성 단백질을 제거하고 기억력과 인지 능력을 회복하는 것을 밝혔습니다.
알려진 알츠하이머 치매는 노인성 치매의 대표적인 사례죠. 아밀로이드 베타(Aβ)와 같은 독성 단백질이 뇌 안에서 비정상적으로 응집 및 축적되면서 염증 반응과 신경세포의 손상을 유발해 나타나는 퇴행성 뇌 질환입니다. 지금까지 학계에서는 별세포가 신경세포 주변의 독성 단백질을 제거하는 것에 주목했었습니다. 그러나, 그 과정은 명확히 규명되지 않았었죠.
오토파지란 세포 스스로(Auto)가 잡아먹는(Phagy) ‘자가포식’ 과정인데요. 연구팀은 세포의 항상성을 유지하는 별세포의 자가포식 작용에 주목했습니다. 그 결과, 알츠하이머 환자의 뇌에서 독성 단백질 축적이나 뇌 염증 반응 발생 시 별세포가 자가포식 작용을 조절하는 유전자를 유도해 대응하고 있음을 관찰했습니다. 이를 바탕으로 별세포에만 선택적으로 발현하는 자가포식 유전자를 알츠하이머가 유도된 쥐의 뇌에 주입해 손상된 신경세포가 회복되는 과정을 확인했습니다.
연구팀은 별세포의 자가포식 작용이 아밀로이드 베타(Aβ) 단백질 덩어리를 줄이며 동시에 기억력과 인지 기능을 함께 개선할 수 있다는 사실을 입증했습니다. 특히, 뇌의 기억을 저장하는 해마 부위에서 자가포식 조절 유전자 발현이 증가할 경우, 뇌 조직 내 병리 현상이 줄어드는 사실도 알아냈습니다. 무엇보다 알츠하이머 치매의 주원인으로 알려진 아밀로이드 베타(Aβ) 올리고머 독성 단백질 제거에 별세포의 자가포식 기능이 활용될 수 있음을 입증함으로써 알츠하이머 치매 치료의 가능성을 보였습니다.
이번 연구는 알츠하이머 치료제 개발을 위해 진행된 신경세포 중심 접근법에서 벗어나 비신경세포인 별세포를 새로운 알츠하이머 치매 치료제의 표적으로 제시한 점에서 큰 의의 가지는데요. 연구진은 별세포의 자가포식 기능을 강화해 치매 증상을 예방하거나 완화할 수 있는 약물을 탐색하고 이에 대한 전임상 연구를 진행할 계획이라고 밝혔습니다.
KIST 류훈 박사는 “별세포의 자가포식 기능에 따라서 신경세포의 손상이 조절되고 또한 치매 뇌에서는 인지 기능 또한 조절됨을 밝혔다”라며, “자가포식과 관련된 세포 생물학적 기전 이해를 증진하고 세포 내 노폐물 제거 및 세포 건강 유지에 관한 기초 연구의 발전을 기대한다”라고 밝혔습니다.
연구 결과는 국제 학술지 'Molecular Neurodegeneration'에 게재됐습니다.
논문명: Astrocytic autophagy plasticity modulates Aβ clearance and cognitive function in Alzheimer’s disease
#용어설명
1. 알츠하이머성 치매 (Alzheimer’s disease)
고령화 사회에서 가장 문제시 되는 퇴행성 뇌질환으로서 사람의 기억력과 사고력이 서서히 파괴되어 결국에는 매우 단순한 작업 수행 능력마저 잃어버리게 하는 뇌질환으로 알려져 있음.
2. 별세포 (Astrocyte)
별세포 (Astrocyte)는 정상 상태에서는 뇌와 척수에서 신경세포에게 영양분을 공급하고 스트레스로부터 보호하며, 신경 신호전달과 혈액-뇌 장벽 유지에 중요한 역할을 하는 별 모양의 세포임. 그러나 치매와 같은 신경 퇴행성 질환에서는 중증으로 활성화된 그 기능이 변화되면서 염증 반응 조절과 신경 보호에 중요한 역할을 함.
3. 반응성 별세포 (Reactive astrocyte)
반응성 별세포는 치매 질환에서 손상된 뇌 조직을 치유하려 하지만, 과도하게 활성화되면 염증을 유발하고 신경세포 손상을 촉진할 수 있음. 이렇게 변화된 별세포의 상태를 ‘반응성 별세포’라고 함.
4. 아밀로이드 베타 (Aβ)
아밀로이드 베타 (Aβ)는 뇌 안에서 특정 단백질이 잘리면서 생기는 작은 조각분자임. 이 조각들이 뇌 속에서 뭉쳐서 큰 덩어리가 되고, 이 덩어리가 쌓이면 뇌세포를 손상시켜 알츠하이머병 같은 병을 일으킬 수 있음. 그래서 아밀로이드 베타는 뇌 건강에 중요한 영향을 미치는 독성 단백질 분자임.
5. 자가포식 (Autophagy) 작용
자가포식 작용은 세포 내의 노화된 물질, 독소 및 세포내 소기관을 자체적으로 분해하고 재활용하는 현상으로 세포의 항상성 유지와 스트레스에 대한 적응에 중요한 역할을 함. 특히, 알츠하이머병에서는 자가포식 작용에 손상이 오면 베타아밀로이드와 타우 단백질의 분해가 효율적으로 이루어지지 않아 점차적으로 뇌 속에 응집되고 축적 되어 신경세포 손상과 퇴행성 뇌질환의 주범이 되고 있는 것으로 알려져 있음.
