韓과학자, 뇌 노폐물 배출 ‘첫 관문’ 발견

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250년 생리학 수수께끼 韓과학자 해결
“코에 약물 뿌려 치매 잡을 수도”

무게 1.4㎏에 불과한 장기이지만 인체 에너지의 20% 정도를 소모한다. 뇌는 우리가 쉬고 있을 때도 끊임없이 움직이기 때문에 노폐물도 많이 생산한다. 노폐물은 뇌척수액에 실려 뇌 밖으로 배출되고 이런 뇌 청소 과정은 뇌의 건강한 기능을 유지하는 데 필수적이다. 만약 뇌척수액의 생성과 배출이 원활하지 않으면 아밀로이드 베타와 같은 신경독성 단백질이 축적돼 퇴행성 뇌질환으로 이어질 가능성이 크다. 이런 상황에서 국내 연구진이 뇌 속 노폐물을 내보내는 숨겨진 통로를 발견했다.

전자현미경으로 본 후각망울 뇌막 림프관과 코 안 림프관의 3D구조 (A) 사골판 가까이에 후각망울 뇌막 림프관이 잘 형성되어 있는 것을 볼 수 있으며 코 내부에도 림프관들이 넓게 분포되어 있다. (B) 후각망울 뇌막 림프관과 코 안의 후각 점막 림프관이 직접 연결되어 있고, 매우 높은 밀도로 림프관이 발달되어 있음을 알 수 있다.

기초과학연구원(IBS) 제공

기초과학연구원(IBS) 혈관연구단은 동물 실험으로 뇌 속 노폐물을 청소하는 뇌척수액이 뇌를 감싼 뇌막을 통과해 뇌막 림프관으로 흡수·배출되는 핵심 경로를 세계 최초로 규명했다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀’ 7월 22일 자에 실렸다.

연구팀은 2019년, 2024년 네이처에 발표한 연구에서 뇌척수액이 뇌 하부 뇌막 림프관 및 비인두 림프관 망을 거쳐 목 림프절로 배출되며 노화에 따라 이 경로가 퇴화한다는 사실을 밝혀냈다. 지난해에도 눈과 코 주위 얼굴 피부 아래 림프관을 통한 새로운 배출 경로와 함께 미세한 기계적 자극으로 배출을 촉진할 수 있다는 것을 확인했다. 그렇지만 뇌척수액이 어떻게 뇌를 둘러싼 뇌막 중 질긴 보호 장벽 역할을 하는 지주막을 통과해 바깥층인 경막의 뇌막 림프관에 유입되는지는 오랫동안 풀리지 않는 수수께끼였다. 지주막은 뇌와 척수를 감싸고 있는 세 겹의 뇌막 중 중간에 위치한 반투명 막으로 지주막과 연막 사이에는 뇌척수액이 존재한다.

연구팀은 림프관을 형광 표지한 특수 생쥐와 첨단 3차원 입체 영상 기술을 활용해 뇌 앞쪽 후각망울에 있는 림프관이 비강의 림프관과 뇌와 비강 사이 얇은 뼈가 있는 사골판을 사이에 두고 서로 직접 연결돼 있는 모습을 선명하게 확인했다.

또 주사전자현미경 이미징 분석과 뇌척수액에 형광 물질을 태워 흘려보내는 추적 실험을 진행했다. 이 형광 물질은 새로 발견된 미세 구멍인 지주막 소창을 빠져나온 뒤 뇌막 림프관에 흡수돼 코 안쪽을 통과하고 최종 목적지인 목 쪽 림프절까지 끊임없이 이어지며 흘러가는 광경을 포착했다. 또 연구팀은 노화된 생쥐에서는 지주막 소창이 좁아지고 주변 뇌막 림프관이 감소했을 뿐만 아니라 림프관과 후각신경이 통과하는 사골판의 통로도 좁아져 뇌척수액 배출 기능이 크게 감소한 것으로 나타났다.

연구팀은 늙은 쥐의 비강 점막에 림프관 생성을 촉진하는 유전자 ‘VEGF-C’를 투여한 결과 비강과 후각망울 주변 림프관 재생이 촉진되면서 림프관을 통한 배출 경로가 다시 넓어졌고 감소했던 뇌척수액 배출 기능이 젊은 생쥐 수준으로 회복되는 것을 관찰했다. 연구팀에 따르면 약물을 코 안에 투여하는 비침습적 방식으로 치매와 같은 퇴행성 뇌질환을 치료할 수 있다는 가능성을 보여준 것이다.

고규영 IBS 혈관연구단장은 “이번 연구는 250년 전 뇌막 림프관이 처음 발견된 뒤 오랫동안 수수께끼로 남은 뇌척수액의 지주막 통과 경로를 명료하게 밝혀낸 성과”라며 “특히 노화로 저하된 노폐물 배출 기능을 회복시키는 새로운 치료 전략도 함께 제시돼 퇴행성 뇌질환 연구에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대된다”고 설명했다.

250년 된 생리학 분야 난제를 해결한 한국 연구자들. 왼쪽부터 고규영 IBS 혈관 연구단 단장, 연구를 주도한 홍선표 연구위원, 진철화 박사과정 연구원

IBS 제공

유용하 과학전문기자

세줄 요약

• 뇌척수액 배출 첫 관문, 지주막 소창 발견
• 후각망울-비강 림프관 직접 연결 확인
• 노화로 통로 축소, VEGF-C로 기능 회복