바이오인

Brain-Multi Organ Crosstalk: 최신 연구 동향과 미래 전망

한림대학교 의과대학 생리학교실

◈본문

인간의 기대수명 증가와 2000년대 이후 가속화된 저출산 현상으로 인해, 노인성 신경계 질환 환자가 급증할 것이라는 우려가 커지고 있다. 대표적인 퇴행성 신경질환으로는 알츠하이머병과 파킨슨병이 있으며, 이들 질환은 주로 뇌에서 기억력과 행동을 담당하는 신경세포가 사멸하면서 발생한다. 신경세포는 한 번 손상되면 회복이 어려워, 현재의 치료법으로는 질병 진행을 막거나 완치하기 어렵다. 따라서 병이 본격화되기 전 전구 증상(Prodromal state) 단계에서 조기에 발견하고 관리하는 것이 주요 과제로 떠오르고 있다. 최근 다양한 연구에서, 뇌와 장 간의 상호작용을 통해 퇴행성 뇌질환을 예방하거나 관리할 가능성에 주목하며 치료제 개발 및 조기진단 Biomarker 발굴에 열을 올리고 있다.

독일 병리학자 Heiko Braak의 연구에 따르면, 퇴행성 신경질환은 중추신경계뿐만 아니라 말초신경계인 장-신경층(Enteric Nervous System, ENS)에서도 병리 현상을 나타낼 수 있음을 밝힌 바 있다. 알츠하이머병과 파킨슨병 환자의 장 조직을 분석한 결과, 장-신경세포에서 알파 시뉴클레인과 타우 병리가 관찰되었고, 이는 장의 신경세포 사멸로 인한 변비 및 소화 장애와 연관이 있는 것으로 밝혀졌다[1]. 이 발견은 '장-뇌 축'을 기반으로 조기 진단과 예방의 중요성을 강조하며, 장내 독성 단백질이 미주신경(Vagus nerve)을 통해 뇌로 전달되어 뇌-신경세포의 사멸을 유도하고 뇌질환의 발병에 영향을 줄 수 있음을 시사한다[2,3]. 약 5억 개의 신경세포가 존재하는 장은 다양한 신경호르몬, 신경펩타이드, 신경전달물질을 분비하여 뇌의 항상성 유지에 중요한 역할을 하며, 이러한 상호작용이 뇌질환의 예방과 치료에 중요한 기여를 할 가능성을 제기하고 있다.

'간-장-뇌 축'에 대한 최근 연구에서도, 간성 뇌병증 환자에서 장내 미생물 균주 불균형이 신경전달물질인 세로토닌의 고갈을 유발하고, 이로 인해 기억력 저하 같은 증상이 나타날 수 있음이 확인되었다. 장내 미생물 균형 변화가 간을 통해 뇌 기능에까지 영향을 미친다는 사실은 장내 환경의 개선이 뇌 건강 유지에 중요하다는 점을 명시하고 있다[4,5].

이제 퇴행성 신경질환 연구는 뇌에 국한되지 않고 장을 포함한 다양한 장기와의 상호작용을 통합적으로 이해하는 방향으로 발전하고 있다. 장-신경세포에서 신경전달물질 합성과 미주신경을 통한 분자 전달 메커니즘이 퇴행성 뇌질환과 밀접한 연관이 있는 것으로 밝혀짐에 따라, 장-뇌 축을 기반으로 한 연구는 앞으로 신경퇴행성 질환의 조기 진단 및 치료제 개발에 큰 기여를 할 것으로 예상된다. 더불어, 심장, 간, 면역계와의 연계 연구 역시 뇌질환을 새로운 관점에서 이해하는 데 필요할 것이다. 단편적 예를 들어, 심혈관계와 뇌혈관계의 상호작용은 혈류와 산소 공급을 통해 뇌 건강에 영향을 미칠 수 있으며, 간에서 유래하는 대사 산물과 호르몬은 뇌의 대사와 인지 기능에 중요한 역할을 할 것으로 예상할 수 있다. 또한, 면역계의 염증 반응이 신경 염증 기전과 연결되어 장을 비롯한 다양한 장기와의 상호작용을 분석함으로써 새로운 치료 타겟을 선정하는 데 중요한 기여를 할 수 있으며, 이러한 통합적 관점은 퇴행성 뇌질환의 조기 진단과 차별화된 치료법 개발에 새로운 가능성을 열어주는 것과 동시에 '장-뇌 축'뿐만 아니라 '간-뇌 축', '심장-뇌 축' 등과 같은 다기관 상호작용 연구는 신경계 질환을 보다 효과적으로 관리하고, 노화에 따른 웰에이징 실현을 위한 혁신적 접근법으로서 그 중요성이 더욱 부각될 것으로 예상한다[7].

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