알츠하이머 치매 극복의 새로운 길: 뇌 속 별세포의 역할

알츠하이머 치매는 현재까지 효과적인 치료법이 없는 퇴행성 뇌 질환으로, 독성 단백질의 축적이 주요 원인으로 알려져 있습니다. 최근 연구에서는 별세포(Astrocyte)의 자가포식(Autophagy) 작용이 이러한 독성 단백질을 제거하고, 손상된 뇌 기능을 회복시키는 데 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 연구는 별세포를 새로운 치매 치료 표적으로 삼아, 알츠하이머 치료제 개발에 새로운 가능성을 제시하고 있습니다.

연구팀 소개

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST) 뇌질환극복연구단의 이창준 단장 연구팀, 인지 및 사회성 연구단 류훈 박사 연구팀, 그리고 미국 보스턴 의대의 이정희 교수 연구팀의 협력으로 이루어졌습니다.

 

이창준 단장은 신경과학 분야에서 다수의 연구를 수행하며, 치매와 같은 퇴행성 뇌 질환에 대한 이해를 높이는 데 기여해 왔습니다. 연구팀은 별세포의 자가포식 작용에 주목하여, 알츠하이머 치매의 새로운 치료 메커니즘을 제시하는 데 성공했습니다.

별세포와 알츠하이머 치매의 관계

알츠하이머 치매는 아밀로이드 베타(Aβ)와 같은 독성 단백질이 뇌에서 비정상적으로 축적되면서 발생하는 퇴행성 뇌 질환입니다. 이 독성 단백질은 신경세포에 염증을 유발하고, 결국 신경세포의 손상을 초래하여 기억력과 인지 기능을 저하시킵니다. 이번 연구에서 연구팀은 비신경세포인 별세포가 아밀로이드 베타와 같은 독성 단백질을 제거하는 역할을 한다는 사실을 밝혀냈습니다.

자가포식 작용의 역할

자가포식은 세포가 스스로 손상된 부분을 제거하고, 필요한 요소를 재활용하는 과정입니다. 연구팀은 별세포가 이 자가포식 과정을 통해 뇌 속에 축적된 아밀로이드 베타 독성 단백질을 제거하고, 신경세포의 회복을 돕는다는 사실을 발견했습니다. 특히, 알츠하이머 치매 환자의 뇌에서 별세포가 자가포식을 통해 독성 단백질 축적에 대응하고 있다는 점을 관찰했습니다.

 

▲ 별세포(성상 교세포)의 자가포식 관련 유전자의 조절

[그림설명] 성상세포는 Aβ 올리고머가 유도하는 스트레스에 반응하고 자가포식 과정에서 가소성 변화를 겪어 Aβ 올리고머를 제거합니다. Aβ 올리고머는 일시적으로 MAP1LC3B/LC3B 유전자의 발현을 유도하고 성상세포에서 SQSTM1 유전자 의 장기 전사를 켭니다 .

 

이러한 구성 요소는 유도된 성상세포 자가포식 경로를 통해 Aβ 분해를 촉진합니다. 자가포식 기능의 약리학적 억제는 미토콘드리아 기능 장애와 산화 스트레스를 악화시키고 성상세포 세포 사멸로 이어집니다.

 

성상세포 자가포식 가소성이 LC3B 및 SQSTM1 기능 상실로 인해 손상되면 AD 마우스에서 Aβ 응집과 GFAP 양성 성상세포가 증가하여 결과적으로 신경 손상과 기억 장애가 가속화됩니다.

별세포의 자가포식 기능 강화 가능성

연구팀은 알츠하이머 치매가 유도된 쥐 모델에서 별세포에 선택적으로 발현하는 자가포식 유전자를 주입하여 실험을 진행했습니다. 그 결과, 별세포의 자가포식 작용이 아밀로이드 베타 단백질 덩어리를 줄이고, 기억력과 인지 기능을 개선하는 데 기여하는 것을 확인했습니다.

 

특히, 뇌의 기억을 저장하는 해마 부위에서 자가포식 조절 유전자의 발현이 증가할 경우, 병리 현상이 감소하는 경향이 나타났습니다. 이로 인해, 별세포를 표적으로 한 새로운 치료제 개발의 가능성이 크게 열렸습니다.

 

▲ 치매 환자 뇌조직에서 별세포 특이적으로 자가포식 유전자의 발현의 증가 양상

• A , 정상, NPCAD 및 중증 AD 환자의 해마에서 LC3B(파란색)와 GFAP(갈색)에 대한 이중 발색 면역 염색 이미지. 아래 패널은 치아상회(DG)에서 GFAP 양성 성상세포(갈색)에서 LC3B(파란색) 면역 반응성을 보여줍니다. 척도 막대(검정색): 위, 2mm; 가운데와 아래, 10μm.
• B , GFAP 및 LC3B 면역 반응성의 정량화. 한 점은 12개 세포(총 60개 세포)의 평균을 나타내며, 12개 세포/케이스, 정상, NPCAD 및 SAD의 경우 각각 N  = 5 케이스입니다.
• C , 정상, NPCAD 및 SAD 환자의 DG에서 GFAP 및 LC3B 강도 간의 상관 관계 분석(패널 d에서 파생). 

연구결과와 논문 게재

이번 연구의 성과는 알츠하이머 치료제 개발에 있어 기존의 신경세포 중심 접근법에서 벗어나, 별세포와 같은 비신경세포를 새로운 치료 표적으로 삼은 데 큰 의의가 있습니다. 연구팀은 이 연구 결과를 바탕으로, 별세포의 자가포식 기능을 강화하여 치매 증상을 예방하거나 완화할 수 있는 약물 개발을 목표로 전임상 연구를 진행할 계획입니다.

 

이 연구 성과는 뇌 질환 연구의 권위 있는 국제 학술지인 「Molecular Neurodegeneration」 (Impact Factor 14.9, JCR 분야 2.1%) 최신 호에 게재되었습니다.

• 논문명: Astrocytic autophagy plasticity modulates Aβ clearance and cognitive function in Alzheimer’s disease

맺음말

별세포의 자가포식 작용을 통한 알츠하이머 치매 치료 가능성은 비신경세포를 타겟으로 하는 새로운 치료 방법을 제시함으로써, 치매 연구와 치료제 개발에 중요한 전환점을 맞이할 것으로 기대됩니다. 앞으로의 연구를 통해 치매 예방 및 치료에 획기적인 발전이 이루어질 수 있기를 기대합니다.