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미국에서는 매년 대략 80만 명의 사람이 중풍을 겪는다. 중풍은 미국에서 3번째로 사망자가 많은 질병이며 장기간 신체기능장애의 첫째 요인으로 지목되고 있다. 중풍으로 인한 뇌 손상은 대개의 경우 되돌릴 수 없는 것으로 알려졌다.
중풍은 대개 뇌로 연결되는 혈관이 막혀서 발생한다. 막힌 혈관의 덩어리를 조기에 발견해서 용해하거나 제거하지 않으면 뇌조직은 산소 부족으로 괴사한다. 괴사한 조직은 되살아날 수 없다.
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현존 대표 중풍 치료제, 뇌 손상 복구 불가
현재 중풍 치료에 있어 대표적 치료제는 tPA(tissue Plasminogen activator)라고 불리는 치료제이다. tPA는 혈관 속에 뭉친 덩어리를 제거하는 역할을 한다. 이러한 기작을 통해 tPA는 중풍 발생 후 몇 시간 안에 처방했을 경우에는 매우 효과적으로 뇌로의 혈류를 복구한다.
tPA의 문제점은 아주 소수의 환자들에게만 적용할 수 있다는 점이다. tPA는 중풍을 야기하는 피 속의 덩어리뿐만 아니라 모든 피 속의 덩어리를 제거하기 때문에 이에 따른 부작용이 환자에 따라서 치명적일 수 있다. 또한 tPA는 손상된 뇌기능을 모두 복구하지는 못한다.
tPA는 단지 중풍의 첫 발생시점에서 사망에 이르는 것을 막는 역할을 한다. 중풍에 대한 수십 년의 연구에도 불구하고 중풍 발생 이후 뇌의 기능을 회복시키는 약은 현재까지 알려진 바가 없다. 잃어버린 뇌의 기능을 복구하는 유일하게 증명된 방법은 빈번하며 강도있게 수행되는 물리 요법 뿐이었다.
UCLA연구팀, 뇌의 가소성에 주목
이런 가운데 UCLA대 토마스 카미셀 연구팀은 중풍으로 인해 손상된 신경세포의 기능을 회복할 수 있는 새로운 치료 요법을 개발했다. 연구팀은 앞다리 기능을 붕괴하도록 중풍을 유도한 쥐 모델실험에서 새로운 치료요법을 적용한 결과 50% 이상이 다리 움직임 기능을 회복했음을 증명했다. 연구팀의 이번 연구결과는 과학저널 ‘Nature’ 온라인판 최신호에 게재됐다.
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연구팀이 주목한 점은 뇌의 가소성(Plasticity)이다. 가소성이란 손상된 뇌세포 인근의 정상 뇌세포가 손상 뇌세포의 잃어버린 기능을 흡수해 손상된 기능을 보완하는 특별한 ‘자연치유’능력을 일컫는다.
예를 들어 팔을 움직이는 뇌의 영역이 손상됐을 경우, 얼굴을 움직이는 뇌의 영역이 팔을 움직이는 뇌 영역 인근에 있다면, 이 얼굴 영역이 팔 영역에 움직임 기능을 흡수할 수 있다. 이 가소성을 중풍치료에 적용한다면 중풍으로 인한 손상 기능을 회복할 수 있다.
신경전달물질 가바(GABA)의 신호전달 붕괴 통해 손상 회복
연구팀은 쥐 모델 실험에서 가바(GABA ; Gamma Amino Butyric Acid)라는 신경전달물질이 뇌의 가소성에 중요한 역할을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 가바는 근육을 조절하는 역할도 담당하지만 신경세포가 새로운 기능을 취하는 것을 저지하는 역할도 한다.
한편 가바는 중추신경계에서 신경세포의 흥분을 억제하는 역할을 한다. 흥분억제 작용으로 가바는 중풍 초기에 뇌 조직이 과도하게 흥분해서 죽는 것을 방지한다. 가바에 의한 신경세포 흥분억제는 크게 2가지 신호전달 방식으로 나눠진다.
하나는 시냅스를 통한 신호전달 방식이고 나머지 하나는 시냅스 이외의 신호전달 방법이다. 시냅스는 신경세포와 신경세포 사이에서 신호전달물질이 서로 오가는 신경체계의 특별한 부분을 일컫는다.
신경세포는 축색돌기에서 신호전달물질을 분비하면 인접한 다른 신경세포의 수상돌기에서 이를 수용해 신호를 전달한다. 이를 시냅스를 통한 신호전달이라고 말한다. 시냅스를 통한 가바 신호전달을 페이직(phasci)이라고 부르며 시냅스를 통하지 않은 신호전달을 토닉(tonic)이라고 부른다.
연구팀은 쥐 모델 실험에서 앞다리에 중풍을 유도했다. 카미셸 교수는 “움직임을 담당하는 뇌의 다른 영역이 중풍으로 손상된 앞 다리 움직임의 기능을 흡수해 활동성을 되찾을 것”이라고 가정했다. 실험에서 연구팀은 쥐의 움직임이 유발하는 대신에 가바라는 물질이 과도하게 축적되는 것을 관찰할 수 있었다.
즉 연구팀은 중풍 이후 모든 신경전달물질에 대해 면밀한 관찰 결과 토닉 가바의 농도가 매우 크게 증가됐음을 확인할 수 있었다. 이에 연구팀은 토닉 가바 축적을 저지하는 약을 쥐에게 투약했다. 연구진이 투약한 약은 가바가 토닉 신호전달에서 가바 수용체와 결합하는 것을 저지하는 방식으로 가바 신호전달을 붕괴한다. 연구팀의 새 요법은 페이직 가바 신호전달은 그대로 보존한다.
연구진은 이 요법으로 토닉 가바 신호전달 시스템을 붕괴하면 신경세포들이 활성을 되찾아 다시 신경흥분을 띠게 되고 다른 뉴런에 보다 쉽게 반응함을 확인했다. 대략 50% 수준에서 중풍으로 인한 쥐의 신경기능 손상이 회복됨이 증명했다.
쥐 모델이라는 한계는 있지만 중풍에 대해 절반에 가까운 50%의 회복률은 이전에는 거의 불가능에 가까운 연구 성과로 학계는 평가했다. 오타와대 데일 코벳 교수는 “이는 매우 흥미로우며 중풍 치료에 새로운 비전이 될 수 있다” 며 “현존하는 물리적 요법과 병행할 수 있는 실질적인 새로운 치료가 될 것으로 기대된다”고 말했다.
새 치료요법 관건은 가바 작용의 전환 타이밍
이번 연구결과 새롭게 등장할 치료요법의 관건은 타이밍이다. 즉 토닉 방식을 통해 가바는 중풍 초기단계에서는 뉴런을 최대한 많이 보호한다. 이 기간에 어떠한 물리적 재활도 뇌를 악화할 수 있음이 기존 연구에서 이미 보고된바 있다. 이러한 사실은 약물치료에도 적용된다. 이후 가바는 어느 시점에 도달하면 뇌의 가소성을 저해하는 단계로 전환된다. 바로 이 전환되는 시점을 찾아 처방하는 것이 중요하다는 얘기다.
쥐 실험에서 연구진은 3일 이후에 약을 처방했으며 쥐들은 대략 40~50%수준에서 운동 기능을 회복한 것으로 나타났다. 이는 즉각적인 중풍 치료에 도움이 될 수 있음을 의미한다. 연구팀은 치료가 30일 정도 지속됐을 경우 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
한편 연구팀의 연구결과가 인체에 적용하기까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 연구팀이 쥐 모델 실험에 사용한 약은 기억손상과 같은 중풍이 아닌 다른 뇌 질환에 사용하기 위해 개발 중인 약으로 아직 중풍 환자에게 적용한 적은 없다는 한계가 있다.
연구팀은 연구결과를 뇌의 다른 영역에도 적용할 수 있을지에 대해서도 실험을 계획하고 있다. 이번에 연구팀이 수행한 쥐 모델실험은 뇌의 피질 영역에 대한 실험이었다. 즉 연구팀은 피질(cortex) 이외에 기저핵(basal ganglia) 등 뇌의 다른 영역에 대한 연구를 계획 중이다.
카미셀 교수는 “다른 종류의 중풍과 다른 부위의 뇌에서 비슷한 연구를 계획하고 있다”며 “중풍의 치료와 회복에 있어 새로운 약학적 치료요법이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
중풍은 대개 뇌로 연결되는 혈관이 막혀서 발생한다. 막힌 혈관의 덩어리를 조기에 발견해서 용해하거나 제거하지 않으면 뇌조직은 산소 부족으로 괴사한다. 괴사한 조직은 되살아날 수 없다.
현존 대표 중풍 치료제, 뇌 손상 복구 불가
현재 중풍 치료에 있어 대표적 치료제는 tPA(tissue Plasminogen activator)라고 불리는 치료제이다. tPA는 혈관 속에 뭉친 덩어리를 제거하는 역할을 한다. 이러한 기작을 통해 tPA는 중풍 발생 후 몇 시간 안에 처방했을 경우에는 매우 효과적으로 뇌로의 혈류를 복구한다.
tPA의 문제점은 아주 소수의 환자들에게만 적용할 수 있다는 점이다. tPA는 중풍을 야기하는 피 속의 덩어리뿐만 아니라 모든 피 속의 덩어리를 제거하기 때문에 이에 따른 부작용이 환자에 따라서 치명적일 수 있다. 또한 tPA는 손상된 뇌기능을 모두 복구하지는 못한다.
tPA는 단지 중풍의 첫 발생시점에서 사망에 이르는 것을 막는 역할을 한다. 중풍에 대한 수십 년의 연구에도 불구하고 중풍 발생 이후 뇌의 기능을 회복시키는 약은 현재까지 알려진 바가 없다. 잃어버린 뇌의 기능을 복구하는 유일하게 증명된 방법은 빈번하며 강도있게 수행되는 물리 요법 뿐이었다.
UCLA연구팀, 뇌의 가소성에 주목
이런 가운데 UCLA대 토마스 카미셀 연구팀은 중풍으로 인해 손상된 신경세포의 기능을 회복할 수 있는 새로운 치료 요법을 개발했다. 연구팀은 앞다리 기능을 붕괴하도록 중풍을 유도한 쥐 모델실험에서 새로운 치료요법을 적용한 결과 50% 이상이 다리 움직임 기능을 회복했음을 증명했다. 연구팀의 이번 연구결과는 과학저널 ‘Nature’ 온라인판 최신호에 게재됐다.
연구팀이 주목한 점은 뇌의 가소성(Plasticity)이다. 가소성이란 손상된 뇌세포 인근의 정상 뇌세포가 손상 뇌세포의 잃어버린 기능을 흡수해 손상된 기능을 보완하는 특별한 ‘자연치유’능력을 일컫는다. 예를 들어 팔을 움직이는 뇌의 영역이 손상됐을 경우, 얼굴을 움직이는 뇌의 영역이 팔을 움직이는 뇌 영역 인근에 있다면, 이 얼굴 영역이 팔 영역에 움직임 기능을 흡수할 수 있다. 이 가소성을 중풍치료에 적용한다면 중풍으로 인한 손상 기능을 회복할 수 있다.
신경전달물질 가바(GABA)의 신호전달 붕괴 통해 손상 회복
연구팀은 쥐 모델 실험에서 가바(GABA ; Gamma Amino Butyric Acid)라는 신경전달물질이 뇌의 가소성에 중요한 역할을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 가바는 근육을 조절하는 역할도 담당하지만 신경세포가 새로운 기능을 취하는 것을 저지하는 역할도 한다.
한편 가바는 중추신경계에서 신경세포의 흥분을 억제하는 역할을 한다. 흥분억제 작용으로 가바는 중풍 초기에 뇌 조직이 과도하게 흥분해서 죽는 것을 방지한다. 가바에 의한 신경세포 흥분억제는 크게 2가지 신호전달 방식으로 나눠진다.
하나는 시냅스를 통한 신호전달 방식이고 나머지 하나는 시냅스 이외의 신호전달 방법이다. 시냅스는 신경세포와 신경세포 사이에서 신호전달물질이 서로 오가는 신경체계의 특별한 부분을 일컫는다.
신경세포는 축색돌기에서 신호전달물질을 분비하면 인접한 다른 신경세포의 수상돌기에서 이를 수용해 신호를 전달한다. 이를 시냅스를 통한 신호전달이라고 말한다. 시냅스를 통한 가바 신호전달을 페이직(phasci)이라고 부르며 시냅스를 통하지 않은 신호전달을 토닉(tonic)이라고 부른다.
연구팀은 쥐 모델 실험에서 앞다리에 중풍을 유도했다. 카미셸 교수는 “움직임을 담당하는 뇌의 다른 영역이 중풍으로 손상된 앞 다리 움직임의 기능을 흡수해 활동성을 되찾을 것”이라고 가정했다. 실험에서 연구팀은 쥐의 움직임이 유발하는 대신에 가바라는 물질이 과도하게 축적되는 것을 관찰할 수 있었다.
즉 연구팀은 중풍 이후 모든 신경전달물질에 대해 면밀한 관찰 결과 토닉 가바의 농도가 매우 크게 증가됐음을 확인할 수 있었다. 이에 연구팀은 토닉 가바 축적을 저지하는 약을 쥐에게 투약했다. 연구진이 투약한 약은 가바가 토닉 신호전달에서 가바 수용체와 결합하는 것을 저지하는 방식으로 가바 신호전달을 붕괴한다. 연구팀의 새 요법은 페이직 가바 신호전달은 그대로 보존한다.
연구진은 이 요법으로 토닉 가바 신호전달 시스템을 붕괴하면 신경세포들이 활성을 되찾아 다시 신경흥분을 띠게 되고 다른 뉴런에 보다 쉽게 반응함을 확인했다. 대략 50% 수준에서 중풍으로 인한 쥐의 신경기능 손상이 회복됨이 증명했다.
쥐 모델이라는 한계는 있지만 중풍에 대해 절반에 가까운 50%의 회복률은 이전에는 거의 불가능에 가까운 연구 성과로 학계는 평가했다. 오타와대 데일 코벳 교수는 “이는 매우 흥미로우며 중풍 치료에 새로운 비전이 될 수 있다” 며 “현존하는 물리적 요법과 병행할 수 있는 실질적인 새로운 치료가 될 것으로 기대된다”고 말했다.
새 치료요법 관건은 가바 작용의 전환 타이밍
이번 연구결과 새롭게 등장할 치료요법의 관건은 타이밍이다. 즉 토닉 방식을 통해 가바는 중풍 초기단계에서는 뉴런을 최대한 많이 보호한다. 이 기간에 어떠한 물리적 재활도 뇌를 악화할 수 있음이 기존 연구에서 이미 보고된바 있다. 이러한 사실은 약물치료에도 적용된다. 이후 가바는 어느 시점에 도달하면 뇌의 가소성을 저해하는 단계로 전환된다. 바로 이 전환되는 시점을 찾아 처방하는 것이 중요하다는 얘기다.
쥐 실험에서 연구진은 3일 이후에 약을 처방했으며 쥐들은 대략 40~50%수준에서 운동 기능을 회복한 것으로 나타났다. 이는 즉각적인 중풍 치료에 도움이 될 수 있음을 의미한다. 연구팀은 치료가 30일 정도 지속됐을 경우 가장 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
한편 연구팀의 연구결과가 인체에 적용하기까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 연구팀이 쥐 모델 실험에 사용한 약은 기억손상과 같은 중풍이 아닌 다른 뇌 질환에 사용하기 위해 개발 중인 약으로 아직 중풍 환자에게 적용한 적은 없다는 한계가 있다.
연구팀은 연구결과를 뇌의 다른 영역에도 적용할 수 있을지에 대해서도 실험을 계획하고 있다. 이번에 연구팀이 수행한 쥐 모델실험은 뇌의 피질 영역에 대한 실험이었다. 즉 연구팀은 피질(cortex) 이외에 기저핵(basal ganglia) 등 뇌의 다른 영역에 대한 연구를 계획 중이다.
카미셀 교수는 “다른 종류의 중풍과 다른 부위의 뇌에서 비슷한 연구를 계획하고 있다”며 “중풍의 치료와 회복에 있어 새로운 약학적 치료요법이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
- 이성규 객원기자
- henry95@daum.net
- 저작권자 2010-11-16 ⓒ ScienceTimes
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