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IBS 혈관 연구단 "뇌척수액이 뇌막 통과하는 '지주막 소창' 발견"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 뇌 속 노폐물을 내보내는 숨겨진 미세 구멍인 '지주막 소창'(Arachnoid fenestrations) 발견하고, 노화로 저하된 이 경로의 노폐물 배출 기능을 유전자 투여로 회복시키는 동물 실험에 성공했다.
사골판 가까이에 후각망울 뇌막 림프관이 형성돼 있고 코 내부에도 림프관들이 넓게 분포돼 있다.[IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단 고규영 단장 연구팀은 22일 과학 저널 셀(Cell)에서 생쥐 실험을 통해 뇌 속 노폐물을 청소하는 뇌척수액이 뇌를 감싼 뇌막을 통과해 뇌막 림프관으로 흡수·배출되는 핵심 경로를 규명했다며 이같이 밝혔다.
고규영 단장은 "이 연구는 약 250년 전 뇌막 림프관이 처음 발견된 이후 오랜 난제였던 '뇌척수액의 지주막 통과 경로'를 명료하게 밝힌 것"이라며 "이로써 뇌 노폐물 배출의 시작점부터 목 림프절에 이르는 연결 구조를 통합적으로 이해할 수 있는 기반을 마련했다"고 말했다.
뇌는 인체에서 가장 중요한 기관으로 여러 보호 구조물로 둘러싸여 있으며 내부에서는 활발한 대사활동 과정에서 끊임없이 노폐물을 만들어진다.
이 노폐물은 뇌척수액에 실려 뇌 밖으로 배출되며, 만약 뇌척수액의 생성과 배출이 원활하지 않으면 아밀로이드 베타(Aβ) 등 신경독성 단백질이 뇌에 축적돼 치매를 비롯한 퇴행성 뇌질환으로 이어질 수 있다.
연구팀은 앞서 뇌척수액이 뇌 하부 뇌막 림프관 및 비인두 림프관 망을 거쳐 목 림프절로 배출되며, 노화에 따라 이 경로가 퇴화한다는 사실을 규명하고, 눈과 코 주위 등 얼굴 피부 아래 림프관을 통한 새로운 배출 경로와 함께 미세한 기계적 자극으로 배출을 촉진할 수 있음을 확인, 각각 네이처(Nature)에 발표했다.
연구팀은 그러나 뇌척수액이 어떻게 뇌를 둘러싼 뇌막 중 질긴 보호 장벽 역할을 하는 '지주막'(Arachnoid)을 통과해 바깥층인 경막의 뇌막 림프관에 유입되는지는 오랫동안 풀리지 않은 난제였다고 지적했다.
위) 지주막하 공간에 있는 뇌척수액은 후각망울 사이의 '지주막 소창'(Arachnoid fenestrations)을 통해 지주막을 통과, 인접한 뇌막 림프관으로 흡수되며, 이후 뇌막 림프관은 사골판 구멍을 따라 후각점막 림프관과 연결돼 뇌척수액을 배출됨. 아래) 노화에 따라 후각점막 림프관과 코 림프관이 감소해 뇌척수액 배출 기능이 저하되는데, 비강 내 VEGF-C 유전자 투여하면 감소했던 림프관이 회복되고 림프절로의 뇌척수액 배출이 젊은 생쥐 수준으로 회복됨. [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
이들은 이 연구에서 눈으로 보기 힘든 미세한 배출 경로를 확인하기 위해 림프관을 형광 표지한 특수 생쥐와 첨단 3차원 입체 영상 기술을 활용, 뇌 앞에 있는 후각 신호 전달 신경구조인 후각망울에 있는 림프관과 비강에 있는 림프관이 사골판을 사이에 두고 미세한 구멍으로 서로 직접 연결돼 있다는 사실을 발견했다.
이어 주사전자현미경(SEM) 이미징 분석과 뇌척수액에 형광 물질을 태워 흘려보내는 추적 실험을 통해 뇌척수액이 후각망울의 림프관과 비강의 림프관을 연결하는 미세 구멍을 통해 지주막을 빠져나와 목 림프절까지 이동한다는 사실을 확인했다.
연구팀은 이는 후각망울의 림프관과 비강의 림프관을 연결하는 미세한 구멍이 뇌척수액이 지주막을 빠져나오는 것 관문임을 보여준다며 이 미세 구멍을 '지주막 소창'(Arachnoid fenestrations)으로 명명했다고 밝혔다.
연구팀은 또 태어난 지 85~100주 된 노화 생쥐와 8~10주 된 젊은 생쥐를 비교해 노화가 이 배출 경로에 미치는 영향도 확인했다.
노화된 생쥐에서는 지주막 소창이 좁아지고 주변 뇌막 림프관이 감소했을 뿐만 아니라, 림프관과 후각신경이 통과하는 사골판의 통로도 좁아져 뇌척수액 배출 기능이 크게 떨어지는 것으로 나타났다.
하지만 노화 생쥐의 비강 점막에 림프관 생성 촉진 유전자(VEGF-C)를 투여하자 비강과 후각망울 주변의 림프관 재생이 촉진되면서 림프관을 통한 배출 경로가 다시 넓어지고 감소했던 뇌척수액 배출 기능도 젊은 생쥐 수준으로 회복됐다.
연구팀은 이는 약물을 코안에 투여하는 비침습적인 방식으로 치매 등 퇴행성 뇌질환을 치료할 수 있는 새로운 전략적 가능성을 제시하는 것이라고 말했다.
논문 공동 제1 저자 겸 교신저자인 홍선표 연구위원은 "영장류에서도 동일한 지주막 소창 구조를 확인, 사람의 뇌 청소 기전을 밝힐 핵심 단서를 확보했다"며 "앞으로 연구를 인체 조직을 이용한 연구로 확장하고, 다양한 퇴행성 뇌질환에 적용할 수 있는 새로운 치료 전략을 발전시켜 나갈 계획"이라고 밝혔다.
왼쪽부터) 공동 교신저자 고규영 단장, 공동 제1 저자 겸 교신저자 홍선표 연구위원, 공동 제1 저자 진철화 연구원(박사과정) [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]
scitech@yna.co.kr
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