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별아교세포 지속 자극 시 뇌혈류 및 신경활동 조절 기전 규명
알파경제
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기초과학연구원(IBS) 이창준 단장과 성균관대학교 서민아 교수 공동연구팀은 국제학술지 'Advanced Science'에 발표한 연구에서 별아교세포가 신경활동과 뇌혈관 반응을 조절하는 분자적 기전을 규명했다.
별아교세포는 뇌에서 신경세포를 지지하고 대사활동을 돕는 세포로 알려져 있지만, 최근에는 신경전달과 혈류 조절에도 직접 관여하는 것으로 밝혀지고 있다.
뇌는 감각 자극으로 신경활동이 증가하면 산소와 영양분 공급을 위해 해당 부위의 혈류를 증가시키는데, 이를 신경혈관 결합이라고 한다.
연구진은 생쥐를 대상으로 5초간의 짧은 감각 자극과 20초간의 지속적인 자극을 비교하고, 이광자 현미경과 뇌혈류 영상기술을 이용해 신경세포 및 혈관 반응을 분석했다.
그 결과 짧은 자극에서는 별아교세포의 역할이 제한적이었지만, 자극이 지속되면 별아교세포가 활성화되면서 신경활동과 뇌혈액량 증가를 유지하는 것으로 나타났다.
연구진은 이러한 현상이 AQP4, TRPA1, BEST1, D-세린으로 이어지는 신호전달 경로를 통해 발생한다는 사실을 확인했다.
먼저 지속적인 신경활동으로 AQP4 수분통로를 통해 별아교세포 내부로 물이 유입되면 세포 부피가 변화한다.
이어 TRPA1 통로가 활성화되면서 칼슘이 세포 내부로 들어오고, 증가한 칼슘은 BEST1 통로를 통해 D-세린이 방출되도록 한다.
방출된 D-세린은 신경세포의 활동을 유지하고 뇌혈관 확장과 혈액량 증가에 기여하는 것으로 나타났다.
특히 AQP4나 TRPA1의 기능을 억제한 생쥐에서는 지속적인 자극에 대한 신경활동과 혈관 반응이 감소했다.
반면 D-세린을 외부에서 공급하면 감소했던 신경활동과 뇌혈액량 반응, 감각 반응이 회복됐다.
연구진은 별아교세포가 감각 자극이 없는 안정 상태에서도 D-세린을 지속적으로 방출해 뇌 소동맥의 기본적인 혈관 긴장도를 조절한다는 사실도 확인했다.
이번 연구는 별아교세포가 단순한 신경 지지세포를 넘어 지속적인 뇌 활동과 혈류를 조율하는 능동적인 조절자임을 보여준다.
다만 생쥐를 이용한 기초연구로, 사람에게 동일한 기전이 적용되는지와 실제 치료 효과는 확인되지 않았다.
연구진은 향후 알츠하이머병과 뇌졸중 등 신경혈관 기능장애를 동반하는 질환의 발병 기전과 치료 표적을 규명하는 데 도움이 될 것으로 기대했다.