November 25,2017

알츠하이머, 뇌에서만 발병하지 않아

생쥐 두 마리 연결해서 실험

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알츠하이머 질병은 악화되면 치매로 발전하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 처음에는 최근 일을 잘 기억하지 못하다가 천천히 언어기능이나 판단력 등 인지기능이 약해지면서 일상생활이 어려울 정도로 악화된다.

1907년 최초로 보고한 독일 정신과 의사 알로이스 알츠하이머 (Alois Alzheimer)박사의 이름을 따서 병명이 붙었다.

알츠하이머 질병은 두뇌의 기능이 떨어지면서 나타나기 때문에, 과학자들은 오래 동안 두뇌에서 발병하는 것으로 생각해왔다.

그러나 캐나다 브리티시 콜럼비아 대학(University of British Columbia) 및 중국 과학자들은 알츠하이머가 인체의 다른 곳에서 발생하는 고장에 의해서 유발될지 모른다는 것을 발견했다.

분자정신의학(Molecular Psychiatry) 저널에 발표된 이번 발견은 사람의 두뇌에 직접 투여하지 않고도 질병을 멈추게 하거나 늦출 수 있는 새로운 약물치료법에 대한 희망을 불러일으킨다.

두뇌는 너무나 복잡하고 민감하면서 아주 도달하기 쉬운 대상물이므로, 두뇌 이외의 부분을 치료하는 것이 용이하다. 예를 들어 콩팥이나 간 등에 약물을 투입해서 알츠하이머 병을 유발하는 독성 단백질을 제거할 수 있을 것이다.

알츠하이머는 기억상실에서 시작한다. ⓒ Pixabay

알츠하이머는 기억상실에서 시작한다. ⓒ Pixabay

과학자들은 파라바이오시스(parabiosis)라는 실험기법을 활용해서 이번 연구를 진행했다. 파라바이오시스는 두 개체를 수술로 연결시켜서, 수개월동안 같은 피를 나누도록 하는 실험방식이다.

캐나다 브리티시컬럼비아 대학의 웨이홍 송(Weihong Song) 교수와 중국 충칭(重慶)의 제3군의대학 신경과교수인 얀지앙 왕(Yan-Jiang Wang)교수는 한 쌍의 정상적인 생쥐를 수술해서 하나로 연결시켜놓고 실험했다.

이 중 한 마리는 정상적인 쥐였지만, 다른 한 마리는 알츠하이머 환자에게서 발견되는 아밀로이드 베타 단백질이라는 변이된 인간 유전자를 가지고 있다. 아밀로이드 베타 유전자를 가진 사람은 두뇌세포를 질식시키는 플라그를 유발한다.

혈관 연결했더니 1년만에 감염

이렇게 파라바이오시스 실험을 한 결과 1년 동안 알츠하이머 유전자를 가진 생쥐와 연결되어 있던 정상적인 쥐는 알츠하이머 질병에 감염됐다.

송 교수는 알츠하이머 질병을 유발하는 베타 아밀로이드 (beta-amyloid) 단백질이 유전적으로 조작된 쥐에서 정상적인 파트너 쥐의 두뇌로 흘러들어가서 축적됨에 따라 알츠하이머에 감염된 것으로 해석했다.

알츠하이머 질병은 두뇌의 바깥쪽에 있는 신경세포가 사망하면서 발전한다. 이같은 기능의 상실은 ‘베타 아밀로이드’라는 단백질과 또 다른 ‘타우’ 단백질의 변형과 연관이 있다.

베타 아밀로이드 단백질이 뇌세포에 들러붙으면서 뇌 세포에 유해한 영향을 주는 플라그가 생기고, 뇌 세포의 골격 유지에 중요한 역할을 하는 타우 단백질(tau protein)이 꼬이는 변형과 연관이 있다.

이렇게 정상적인 쥐에게 플라그가 생기고, 타우 단백질이 꼬이는 것 같은 현상이 뇌세포에게 나타남으로써 뇌 기능을 저하시키고 결국 뇌세포를 서서히 죽인다. 알츠하이머가 가져오는 피해라고 생각되는 또 다른 현상 예를 들어 뇌세포기능저하, 염증 및 미세출혈 같은 것이다.

게다가 건강한 두뇌가 활발하게 배우고 기억하게 하는 전기적 신호들을 전달하는 능력이 손상됨으로써, 4개월 동안 파라바이오시스로 결합된 쥐에게서도 이런 증상이 나타났다.

두뇌 뿐 아니라 베타 아밀로이드 단백질은 혈관이나 근육 및 혈소판에서도 생성되며, 베타 아밀로이드 단백질의 선도단백질은 다른 기관에서도 발견된다. 이번 실험은 두뇌 이외의 신체에 있는 베타 아밀로이드 단백질이 알츠하이머 질병에 영향을 미친다는 것을 보여준 획기적인 발견이었다.

알츠하이머 캐나다 연구좌장인 송 교수는 “혈액과 두뇌사이의 장벽은 나이가 들면서 약해진다“고 말했다. 송 교수는 ”이것이 베타 아밀로이드 단백질로 하여금 두뇌에 침투하기 쉽게 만들어서 두뇌기능의 저하를 점점 더 빠르게 해준다“고 설명했다.

이번 연구를 시작으로 송 교수는 온 몸 전체에서 베타 아밀로이드 단백질을 통제하는 그런 약을 꿈꾸고 있다. 콩팥이나 간에서 혈액속의 베타 아밀로이드 단백질을 걸러주면 알츠하이머 질병의 예방이나 치료가 쉬워질지 모르기 때문이다.

두 마리의 쥐를 수술해서 연결하는 파라바이오시스 ⓒ UBC

두 마리의 쥐를 수술해서 연결하는 파라바이오시스 ⓒ UBC

알츠하이머 질병은 분명 두뇌의 질병이지만, 그 질병이 신체 어디에서 오는지 그리고 어떻게 그 질병을 치료할 수 있는지를 이해하려면 “몸 전체에 관심을 기울여야 한다”고 송 교수는 강조했다.

신체 여러 곳에서 유해단백질 생성 가능  

베타 아밀로이드 단백질은 서로 다른 여러 조직에 있는 선도단백질이 2개로 겹쳐지면서 생산되므로, 기술적으로는 신체 어느 곳에서도 생성될 수 있다.

지금까지 나온 연구들은 모두 박테리아와 바이러스가 어떤 식으로든지 알츠하이머 질병에 역할을 했을 것으로 짐작해왔다. 그래서 연구자들은 이번 연구를 시작으로 질병의 발전에 새로운 시각을 갖게 됐다.

질병이 진행되는 과정은 너무나 복잡하기 때문에 아주 다양한 원인이 있을 수 있다. 유전자는 물론이고 미생물이나 독성에 노출되기 쉬운 인간의 행동 등이 원인이다. 그러므로 이같은 요인들이 어디에서 겹쳐서 상승효과를 내는지 발견하는 것은 매우 중요하다.

만약 우리가 어디에서 치료를 시작해야할 것인지를 발견한다면, 궁극적으로 세계적으로 약 2,400만명에게 영향을 미치는 이 증상을 예방하는 길을 발견할 수 있을 것이다. 알치하이머 환자 숫자는 세계적으로 인구고령화가 진행되기 때문에 점점 더 늘어날 것이다.

물론 이번에 새로 발견한 연관성을 좀 더 들여다 보기 위해서는 후속 연구가 필요하다. 송 교수는 “앞으로 의사들은 혈액검사를 할 때 베타 아밀로이드 단백질에 좀 더 깊은 관심을 기울일 것이며, 이 단백질이 두뇌로 들어가기 전에 문제를 해결하려고 할 것”이라고 말했다.

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