운동이 유도하는 효소, 혈액-뇌 장벽을 지켜 뇌를 보호

UC San Francisco 연구진이 운동이 뇌의 보호 장벽을 강화해 인지 기능을 개선하는 과정을 설명할 수 있는 기전을 발견했다. 이번 연구는 학술지 Cell에 게재됐다.

나이가 들면 혈액-뇌 장벽 (blood-brain barrier) 이라 불리는 혈관 네트워크에 누수가 생겨 유해 물질이 뇌로 유입될 수 있다. 이는 염증을 유발하며, 인지 저하와 연관되고 알츠하이머병과 같은 질환에서도 관찰된다.

6년 전 연구팀은 쥐가 운동할 때 간에서 만들어내는 뇌 회춘 효소 GPLD1 을 확인했다. 그러나 GPLD1은 뇌 안으로 들어갈 수 없기 때문에, 어떻게 작동하는지 이해할 수 없었다.

이번 새 연구는 그 의문에 답했다. 연구진은 GPLD1이 TNAP 이라는 또 다른 단백질을 통해 작동한다는 사실을 발견했다. 쥐가 노화하면 혈액-뇌 장벽을 형성하는 세포에 TNAP가 축적되면서 장벽에 누수가 생긴다. 하지만 쥐가 운동하면 간에서 GPLD1이 생성되고, 이는 뇌를 둘러싼 혈관으로 이동해 세포에서 TNAP를 잘라낸다.

GPLD1이 뇌에서 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 연구팀은 먼저 이 효소의 주요 기능, 즉 세포 표면에서 특정 단백질을 절단하는 역할에 주목했다. 이어 효소에 의해 절단될 수 있는 단백질이 표면에 존재하는 조직을 찾았다. 또한 일부 조직에서는 노화에 따라 이러한 단백질이 더 많이 축적될 것이라고 추정했다.

혈액-뇌 장벽을 구성하는 세포가 두드러졌다. 이들 세포 표면에는 GPLD1의 표적이 여러 개 점처럼 분포해 있었지만, 연구진이 시험관에서 각 표적을 GPLD1에 노출했을 때 실제로 절단된 것은 TNAP 하나뿐이었다.

혈액-뇌 장벽에서 TNAP가 더 많도록 유전적으로 조작된 어린 쥐는 마치 늙은 쥐처럼 인지 능력을 잃었다.

연구진이 유전공학 도구를 이용해 2년 된 쥐(사람 나이 70세에 해당)에서 TNAP의 양을 줄이자 혈액-뇌 장벽의 누수는 감소했고, 뇌 염증도 줄었다. 또한 이 쥐들은 기억력 검사에서도 더 좋은 성적을 보였다.

연구팀의 박사후연구원이자 공동 제1저자는 “쥐의 경우 생애 후반에 이 기전을 활용할 수 있었고, 그럼에도 효과가 있었다”고 말했다.

TNAP와 같은 단백질을 잘라내는 약물을 찾는 것은, 노화로 손상된 이후에도 혈액-뇌 장벽을 회춘시키는 새로운 방법이 될 수 있다.

논문의 교신저자이자 UCSF Bakar Aging Research Institute의 부소장은 “이번 발견은 뇌가 나이에 따라 어떻게 쇠퇴하는지 이해하는 데 있어 신체가 얼마나 중요한지를 보여준다”며 “우리는 알츠하이머 연구가 대체로 간과해 온 생물학을 밝혀내고 있다. 이는 뇌에 거의 전적으로 초점을 맞춰온 기존 전략을 넘어 새로운 치료 가능성을 열 수 있다”고 말했다.