"별세포, 뇌혈류 조절 핵심 역할"…국내 연구진 신호경로 규명

뇌 속 별세포(성상교세포)가 지속적인 감각 자극을 감지해 신경 활동과 뇌혈류를 함께 조절한다는 사실을 국내 연구진이 분자 수준에서 규명했다.

10일(현지시간) 애저라이프사이언스에 따르면 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단의 C. 저스틴 리 단장과 성균관대학교 바이오메디컬공학과 서민아 교수 연구팀은 별세포가 신경세포와 혈관 사이에서 구조적·기능적 연결을 통해 신경 활동과 뇌혈류를 조절한다는 새 모델을 제시했다.

연구팀은 쥐 모델을 이용해 감각 자극의 지속 시간에 따른 신경세포·혈관·별세포의 반응을 분석했다. 5초가량의 짧은 자극은 일시적인 신경 활성과 혈관 반응만 유발했지만, 약 20초로 자극이 길어지면 별세포가 강하게 활성화하며 신경 활동과 뇌혈관 반응을 지속시키는 것으로 나타났다.

연구팀은 이 과정을 4단계 분자 신호경로로 설명했다. 먼저 지속적인 신경 활동이 수분 통로 단백질인 아쿠아포린-4(AQP4)를 통해 별세포로 수분을 유입시켜 세포 부피를 키운다. 이어 부피 변화가 TRPA1 채널을 활성화해 칼슘이온이 별세포 안으로 들어오고, 증가한 칼슘이 칼슘 활성 음이온 채널인 베스트로핀-1(BEST1)을 작동시킨다. 마지막으로 BEST1이 신경전달을 조절하는 아미노산인 D-세린을 방출해 신경 활동을 강화하고 뇌혈관을 확장시켜 혈류를 늘린다.

실제로 연구팀이 별세포의 AQP4나 TRPA1 기능을 억제하자 지속적 감각 자극에 대한 신경·혈관 반응이 모두 감소했다. 반대로 TRPA1이 억제된 쥐에 D-세린을 투여하자 줄었던 혈관 반응이 회복됐다. 전기생리학적 분석에서도 D-세린이 별세포의 BEST1 채널을 통해 방출된다는 증거가 확인됐다.

연구팀은 별세포가 감각 자극이 없는 상태에서도 D-세린을 지속 방출해 혈관의 기저 긴장도 조절에 기여한다는 새로운 증거도 제시했다. 이는 휴식 상태의 혈관 수축 정도를 결정하는 요소다.

공동 교신저자인 서민아 교수는 "이번 연구는 지속적 감각 자극 동안 별세포가 신경세포와 소통하고 뇌 기능을 조절하는 명확한 기전 모델을 확립했다"며 "새로 확인된 경로는 감각 처리 장애나 인지 저하와 관련된 신경 질환 치료 전략 개발의 중요한 기반이 될 수 있다"고 밝혔다.

C. 저스틴 리 단장은 "이번 연구는 지속적 뇌 활동과 혈관 안정성을 함께 조절하는 통합 분자 신호경로를 규명해 그동안 과소평가됐던 별세포의 기능과 기전을 밝혔다"며 "알츠하이머병과 뇌졸중 등 난치성 신경 질환에 동반되는 혈관 기능 장애 치료에 새로운 통찰을 제공하고 궁극적으로 새로운 치료법 개발에 기여하기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'에 게재됐다.