빛 쪼여 뇌자극, 사회성 회복…자폐 치료한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 자폐 환자의 사회성이 떨어지는 원인이 나왔다. 뇌 전전두엽의‘억제성 뉴런’에 이상이 있으면 사회성이 떨어진다는 것이다. 빛을 쪼여 뇌를 자극해 사회성을 회복할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 자폐 치료에 새길을 열었다.

내측 전전두엽(medial pre-frontal cortex)은 대뇌 전두엽의 안쪽 부분으로 인지, 판단, 감정, 사고 능력과 관련돼 있다.

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장 연구팀이 동물실험을 통해 자폐 환자의 사회성이 떨어지는 원인을 찾아냈다.

자폐증(자폐 스펙트럼 장애, Autism spectrum disorders)은 뇌 발달 장애의 한 종류이다. 세계 인구의 약 2%가 앓고 있다. 사회성과 인지능력이 떨어지는 게 주요 증상이다. 정확한 원인은 알려지지 않았다.

시냅스 뇌질환 연구단은 이전 연구에서 ‘Shank2 단백질(뉴런의 흥분성 시냅스(synapse)의 후시냅스에 존재하는 단백질)’이 부족할 때 시냅스와 뉴런 작동에 중요한 ‘NMDA 수용체(뉴런의 흥분성 시냅스에 존재하는 막단백질)’ 기능 저하로 자폐가 유발됨을 규명했다. 이번 연구에서는 시냅스 수준의 문제가 사회성과 인지능력 저하로 이어지는 원리를 규명했다.

연구팀은 뇌 변화와 행동, 인지기능의 연결고리를 찾고자 Shank2 결손 자폐 생쥐를 움직이는 물체, 다른 생쥐 등 다양한 대상들과 접촉시켰다. 내측 전전두엽 관찰 결과, 정상 쥐의 뉴런은 대상에 따라 서로 다르게 반응했다. 반면 자폐 생쥐는 접촉 대상을 구분하지 못하며 비슷한 신경 패턴을 보였다. Shank2가 결손 되면 사회성이 떨어진다는 의미다.

자폐 생쥐의 뇌에서는 억제성 뉴런 중 사회성, 인지능력과 관련된 ‘Parvalbumin 뉴런(Pv, 칼슘결합 단백질인 파브알부민을 발현하는 억제성 뉴런의 한 종류)’의 NMDA 수용체 기능이 약화돼 있었다.

이는 한 번에 여러 전기신호를 생성하는 ‘다발성 발화(burst firing)’ 감소로 이어져 뉴런 간 상호작용을 저해했다. Shank2가 부족하면 Pv 뉴런의 NMDA 수용체에 이상이 생겨 다발성 발화가 감소함으로써 사회성과 인지능력이 떨어진다는 것이다.

뉴런 간 직접적 연결통로인 ‘전기적 시냅스(electrical synapse)’가 Pv 뉴런에서 지나치게 강화됐음을 발견했다. 특정 Pv 뉴런에 빛 자극(optogenetic stimulation)을 주면, 전기적 시냅스를 통해 주변 Pv 뉴런들까지 다발성 발화가 일어나 사회성과 인지능력이 회복됐다.

자폐 모델에서 다발성 발화 감소와 전기적 시냅스 강화를 발견한 것은 이번이 처음이다. 자폐로 인한 사회성 저하의 근본 원인과 회복 전략을 제시해 치료법 개발에 실마리가 될 것으로 기대된다.

김은준 단장은 “자폐의 주요 증상인 사회성 저하의 구체적 메커니즘을 밝힌 것은 물론 사회성 개선까지 성공했다”며 “자폐를 한층 깊이 이해해 새로운 치료 방향성을 제시할 것”이라고 전했다.

연구결과(논문명: Excitatory synapses and gap junctions cooperate to improve Pv neuronal burst firing and cortical social cognition in Shank2-mutant mice.)는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 8월 25일 온라인판에 실렸다.

정종오 기자의 다른 기사 보기