기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 김성기 뇌과학 이미징 연구단장(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수)팀이 쥐 연구에서 억제성 뉴런 일종인 'PV 뉴런'이 혈류 증가 원인임을 밝히고, 이것이 수면 중 뇌혈류 증가 기저 메커니즘임을 제시했다.
PV 뉴런은 그동안 혈류 조절 역할을 하는 지에 의견이 분분했다. 연구진은 유전학적 기법으로, 빛을 감지해 세포 활성을 증가시키는 단백질을 PV 뉴런에 발현시켰다.
그리고 광학 이미징 기술과 기능적 자기공명영상(fMRI:신경 활동 증가 시 강해지는 자기 영상신호를 MRI로 측정하는 방법)을 사용해 광 자극에 따른 뇌혈류 변화를 관찰했다.
쥐가 수면 중인 상태와 깨어있는 상태의 뇌혈류 변화를 비교했는데, 마취 상태에서 광 자극이 가해져 PV 뉴런이 활성화되는 동안에는 뇌혈류 감소가 일어났지만, 자극이 끝난 후에는 오히려 매우 느린 속도의 혈류 증가가 일어났다.
반면에 깨어있는 상태에서는 광 자극이 끝난 후에도 PV 뉴런이 오로지 혈류 감소만을 일으켰다. PV 뉴런이 뇌 각성 상태에 따라 상반된 두 가지 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다.
연구진은 PV 뉴런이 마취 상태에서 매우 느린 혈류 증가를 일으키는 기전도 밝혀냈다. 활성화된 PV 뉴런은 주위에 흥분성 뉴런 활성을 억제해 혈관이 수축하고 혈류 공급이 줄어든다.
그런데 PV 뉴런이 마취 상태에서만 '물질 P'라는 신경 펩타이드 물질을 분비하면서, 혈관 확장물질(산화질소) 분비 신경세포를 활성화시켜 매우 느린 혈류 증가에 기여했다.
이번 연구 결과는 그동안 밝혀지지 않은 수면 중 뇌혈류 증가에 PV 신경 세포가 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
김성기 단장은 “지금까지 뇌혈류 조절에 관여하지 않는다고 여겨진 PV 뉴런과 신경 펩타이드 역할을 밝힘으로써 뇌 신경 혈류 연구에 새로운 방향을 제시”했다며 “수면 장애의 메커니즘을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구는 서민아 성균관대 교수(글로벌바이오메디컬공학과) 연구팀, 패트릭 드루 미국 펜실베니아주립대 교수와 공동으로 수행했으며, 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 4월 26일(한국시간) 온라인 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
