우리가 무언가를 생각하거나 몸을 움직일 때 뇌 속 혈류는 끊임없이 변화한다.

기존에는 흥분성 신경세포가 혈류를 조절한다고 알려졌지만, 뇌 전체 신경세포의 약 15%를 차지하는 억제성 신경세포 역할은 잘 알려지지 않았다.

그중에도 약 30%를 구성하는 뇌와 몸속 억제성 신경전달물질 중 하나인 소마토스타틴(SST) 신경세포의 기능은 더욱 미지의 영역으로 남아 있다.

기초과학연구원(IBS)은 뇌과학 이미징 연구단 김성기 단장(성균관대 석좌교수) 연구팀은 한국뇌연구원 정원범 선임연구원과 함께 억제성 신경세포가 뇌 혈류를 조절하는 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다고 21일 밝혔다.

연구팀은 SST 신경세포가 두 단계의 혈관 확장 메커니즘을 통해 뇌 혈류를 조절한다는 점을 확인했다.

산화질소 분비를 통해 혈관을 빠르게 확장하고, 이어 뇌 환경을 유지하는 역할을 하는 성상세포(astrocyte)가 작동하면서 더 느리지만 지속적인 혈관 확장을 유도하는 구조다.

연구팀은 마우스(쥐) 모델을 활용해 SST 신경세포를 광자극 및 감각 자극했을 때 나타나는 신경·혈류·성상세포의 반응을 관찰했다.

그 결과, SST 신경세포를 자극하면 산화질소가 빠르게 분비, 혈관 확장이 유도되고 이후 성상세포가 활성화돼 느리지만 지속적인 혈관 확장을 촉진하는 '신경-교세포-혈관 연계 경로'가 작동하는 것을 찾아냈다.

연구팀은 SST 신경세포가 뇌 혈류 조절에 직접 관여하고, 성상세포를 매개로 한 지연성 혈관 확장이 최근 뇌 영상 분야에서 대뇌 피질의 깊이별 기능 차이를 정밀하게 분석할 수 있는 초고해상도 레이어 fMRI(layer functional MRI) 기술 신호 특이성을 형성하는 주요 세포 기전이라는 점을 제시했다.

이는 레이어 fMRI 신호의 생리학적 기반을 제공, 고해상도 뇌 영상 기술 해석력 향상에 기여할 것으로 기대된다.

뇌 질환 영상 분석과 조기 진단 정밀도를 높이는 새 가능성도 연 것이라고 연구팀은 설명했다.

김성기 단장은 "억제성 신경세포와 성상세포 간 정교한 상호작용이 뇌 혈류 조절의 핵심 기전이라는 것을 입증한 것"이라며 "치매, 우울증 등 다양한 신경정신질환에서 SST 신경세포의 기능 이상이 혈류 반응에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 기초자료일 뿐만 아니라, 고정밀 뇌 영상 기술 개발에도 의미 있는 기여를 할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 지난 18일 온라인 게재됐다.