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[헤럴드경제=장윤우 기자] 우리 몸을 지켜야 할 면역체계가 오히려 뇌를 공격해 치매와 비슷한 이상을 만드는 과정이 처음 규명됐다. 희귀 자가면역 질환인 ‘항-IgLON5병’의 발병 원인을 밝힌 연구다.

최근 공개된 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제20호에 따르면, 독일 신경퇴행성질환센터(DZNE) 수잔네 베그만 연구팀은 환자 몸속의 자가항체가 신경세포를 과도하게 흥분시키고, 그 결과 알츠하이머병과 비슷한 타우 단백질 이상이 나타난다는 사실을 확인했다.

자가항체는 바이러스나 세균 대신 자기 몸을 공격하는 항체를 말한다.

타우는 신경세포 내부 구조를 지탱하는 단백질이다. 하지만 알츠하이머병 같은 퇴행성 뇌 질환에서는 원래 있어야 할 자리를 벗어나 비정상적으로 쌓이면서 신경세포를 손상시키는 것으로 알려져 있다.

세포 겉을 공격했는데, 속이 망가졌다
이 병의 이름은 ‘항-IgLON5병’이다. 환자의 항체가 뇌세포 표면 단백질인 ‘IgLON5’를 적으로 오인해 공격하는 질환이다. 수면 장애와 운동 이상, 기억력 저하, 발작 등이 함께 나타난다. 2014년 처음 보고된 희귀 질환이다.

그동안 이 환자들의 뇌에서 알츠하이머병과 비슷한 타우 이상이 발견된다는 사실은 알려져 있었다. 하지만 세포 바깥을 공격하는 항체가 어떻게 세포 안의 타우까지 망가뜨리는지는 밝혀지지 않았다.

연구팀은 환자 4명의 혈액에서 자가항체를 추출해 생쥐 뇌세포에 투여했다. 그러자 1시간 만에 세포 내부 칼슘 농도가 급격히 상승했다. 칼슘은 신경세포가 흥분할 때 증가하는 물질이다. 특별한 자극이 없는데도 칼슘 농도가 치솟았다는 것은 신경세포가 과도한 흥분 상태에 빠졌다는 뜻이다.

원인은 항체의 작용 방식에 있었다. 항체가 세포 표면 단백질들을 한곳에 뭉치게 만들면서, 신경세포의 흥분을 조절하는 기능까지 함께 무너진 것이다.

연구팀은 항체 일부만 잘라낸 조각으로 같은 실험도 했다. 하지만 이 경우에는 단백질 뭉침이나 신경세포 과흥분 현상이 나타나지 않았다.

자가항체(IgLON5)의 농도가 높아질수록 뇌 신경세포가 손상되는 과정을 시각화한 현미경 사진이다. (왼쪽에서 세 번째) 항체 농도가 진해질수록 치매 등 퇴행성 뇌 질환의 원인 물질로 알려진 ‘타우 단백질(검은색)’이 세포 중심부에 비정상적으로 뭉치며 쌓이기 시작한다. (가장 오른쪽) 고농도 환경에서는 신경세포의 돌기들이 뚝뚝 끊어지는 파편화(신경독성) 현상이 나타나며 세포가 심각하게 파괴된다. [국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제20호]

짧은 사이 긴 상처를 남겼다
신경세포가 과흥분 상태에 빠지자 타우에도 이상이 생기기 시작했다. 타우는 원래 위치를 벗어나 세포 안쪽에 비정상적으로 쌓였다. 이는 알츠하이머병 초기 단계에서 나타나는 변화와 비슷한 패턴이다.

특히 세포 흥분은 일시적이었지만 타우 이상은 오래 지속됐다. 칼슘 농도는 이틀 뒤 정상 수준으로 돌아왔지만, 비정상적으로 이동한 타우는 사흘이 지나도 회복되지 않았다.

연구팀은 실제 환자 몸속에서는 이런 과정이 반복될 가능성이 크다고 봤다. 항체가 지속해서 존재하기 때문에 신경세포 과흥분과 타우 이상이 반복적으로 쌓이면서 결국 돌이키기 어려운 뇌 손상으로 이어질 수 있다는 설명이다.

살아있는 생쥐 실험에서도 결과는 비슷했다. 연구팀이 생쥐 뇌에 14일 동안 항체를 지속 주입하자 기억을 담당하는 해마 부위에서 타우 변성이 뚜렷하게 나타났다. 뇌 염증 반응도 크게 증가했다.

치료 가능성도 확인됐다. 연구팀은 칼슘이나 나트륨 이동을 조절하는 약물을 미리 투여하자 타우 이상이 상당 부분 억제됐다고 밝혔다.

연구팀은 “항-IgLON5병 환자의 혈장 자가항체 풀이 신경 흥분성에 어떤 영향을 미치는지를 사전에 평가하면, 신경 과흥분 억제, 신경염증 조절, 타우 인산화 억제 중 어느 치료 전략이 적합한지 선택하는 데 도움이 될 수 있다”고 밝혔다. 또 면역 이상을 조기에 억제하는 치료가 중요할 가능성도 시사했다.

다만 한계도 있다. 이번 실험에 사용된 생쥐는 원래 타우 이상이 생기지 않는 정상 개체였다. 실제 환자처럼 광범위한 타우 응집이나 신경세포 사멸 단계까지는 확인되지 않았다.

DOI : 10.1126/sciadv.aec2042