뇌 속의 특정물질을 조절해 자폐증의 핵심 증상을 개선할 수 있는 새로운 치료 전략이 국내 연구진에 의해 제시됐다. 기초과학연구원(이하 IBS) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장(KAIST 생명과학과 석좌교수) 연구팀은 뇌 내 특정 물질인 ‘글리신’을 조절하는 약물을 통해 자폐증 생쥐 모델의 행동 증상을 개선하고, 생쥐 모델과 인간 뇌 오가노이드(줄기세포 등을 배양해 만든 작은 장기유사체) 모두에서 신경 기능 회복 효과를 확인했다고 9일 밝혔다. 자폐 스펙트럼 장애(이하 자폐증)는 신경발달장애 중 하나로, 사회적 상호작용에 어려움을 겪거나 같은 행동을 반복하는 특징을 보인다. 미국 질병통제예방센터에 따르면 미국 내 8세 아동 31명 중 1명(3.2%)이 자폐증을 가진 것으로 보고됐지만, 아직 명확한 발병 기전과 치료법은 밝혀지지 않았다. 김은준 단장 연구팀은 자폐증 발병 기전에 대한 대표적인 가설 중 하나인 ‘NMDA 수용체 기능 저하’에 주목했다. 연구팀에 따르면 NMDA 수용체는 뇌 신경세포가 신호를 주고받을 때 중요한 역할을 하는 단백질로, 기능이 저하될 경우 자폐증을 비롯해 조현병, 지능장애, 펠란-맥더미드 증후군(PMS) 등 다양한 뇌 신경 질환과 연관된 것으로 알려져 있다. 이 수용체는 신경전달물질인 글루탐산과 글리신이 함께 결합해야 활성화되기 때문에 주변 글리신 농도에 따라 활성이 달라질 수 있다. 연구팀은 이 점에 착안해 글리신의 양을 조절하면 약해진 NMDA 수용체 기능을 회복시킬 수 있을 것으로 봤다. 기존 연구들은 GlyT1처럼 글리신을 옮기거나 회수하는 수송체 단백질을 표적으로 한 약물을 사용했지만, GlyT1 저해제는 임상 시험에서 효과가 제한적이었고, 호흡과 운동 조절에 중요한 뇌간에 GlyT1이 많이 존재해 부작용 우려가 있었다는 게 연구팀의 지적이다. 이에 연구팀은 GlyT1과 달리 대뇌 피질과 해마 등 인지 기능과 관련된 영역에 주로 존재하는 글리신 수송체 Slc6a20a를 새 표적으로 삼고 NMDA 수용체 기능이 저하된 자폐증 및 PMS 모델 생쥐의 뇌에 Slc6a20a를 억제하는 ASO(이하 Slc6a20a-ASO)를 주사했다. 그 결과 4주 후 생쥐의 NMDA 수용체 기능이 정상 수준으로 회복됐고, 다른 쥐와 어울리지 못하던 사회성 문제와 과도하게 털을 고르는 행동(그루밍)이 개선되는 효과가 나타났다. 특히 행동 개선 효과는 단 한 번의 주사 후 8주가 지난 뒤에도 관찰돼 장기간 효과가 지속된다는 것이 확인됐다. 또 뇌 신호가 오가는 연결 부위인 시냅스의 단백질 기능 조절 상태를 분석한 결과, 약물(Slc6a20a-ASO) 투여 후 개별 단백질 수준을 넘어 단백질 기능 전반이 정상화된 것으로 나타났다. 이어 유전자 변이를 가진 인간 대뇌 피질 오가노이드를 제작해 실험한 결과 생쥐모델과 마찬가지로 NMDA 수용체 기능이 저하돼 있었으나 약물 처리 후 신경기능이 정상 수준으로 회복됨이 밝혀졌다. 이는 NMDA 수용체 기능이 자폐증의 발생과정과 치료전략에서 핵심적인 역할을 한다는 의미다. 이를 통해 발달과정이 지난 시점에서도 자폐증 관련 뇌 기능과 행동 증상이 개선될 수 있음을 증명했다. 교신저자인 김 단장은 “이번 연구에서 글리신 조절 약물을 통해 자폐증 모델 생쥐의 행동 증상 개선과 생쥐 및 인간 대뇌 오가노이드의 신경 기능 회복 효과를 확인했다”며 “자폐 스펙트럼 장애의 핵심 증상을 겨냥한 치료제 개발의 기반이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 지난달 29일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인 판에 게재됐다.

커피를 마시면 얻을 수 있는 기분과 뇌 건강에 긍정적인 영향을 주는 효과는 카페인 커피와 디카페인 커피 모두 동일하게 나타날 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 커피의 건강 효과가 카페인의 유무만으로 설명되지 않으며 다른 요인도 있을 수 있다는 것이다. 9일 한국식품커뮤니케이션포럼(KOFRUM)에 따르면 영국의 글로벌 건강 전문 매체 ‘메디컬 뉴스 투데이’는 최근 ‘디카페인을 포함한 모든 커피, 기분과 뇌 건강 개선 가능’이라는 제목의 기사에서 이 같은 내용을 포함한 디카페인 커피가 뇌에 미치는 효과를 집중 조명했다. 해당 기사는 아일랜드 코크대학 산하 APC 마이크로바이옴 아일랜드(APC Microbiome Ireland) 연구팀이 수행한 연구를 소개했다. 연구팀은 건강한 성인 62명에게 커피를 끊게 한 뒤 다시 커피를 마시게 하는 방식으로, 커피 섭취 전후의 장내 미생물과 기분·스트레스 지표 변화를 비교했다. 기사에 따르면 하루 4잔 수준의 규칙적인 커피 섭취는 기분과 스트레스 수준에 긍정적 변화를 끌어냈다. 이런 변화는 장내세균 구성과 특정 대사산물 변화와 함께 나타났다. 이번 연구의 결론은 커피가 아침에 잠을 깨우는 음료가 아니라 장내 미생물 구성·대사산물·기분·스트레스 반응 등에 영향을 줄 수 있다는 것이다. 특히 디카페인 커피도 효과가 있었다는 대목이 눈에 띈다. 커피의 건강 효과는 카페인 때문이라고 생각하는 것이 일반적이지만, 이 기사는 카페인 커피와 디카페인 커피 모두 기분과 장내 미생물에 대한 긍정적인 변화가 관찰됐다고 전했다. 이는 커피 속 카페인 외 성분, 예를 들어 폴리페놀·페놀산 등 생리활성물질이 장내 미생물과 상호작용해 기분과 뇌 기능에 이로운 영향을 줄 수 있음을 시사한다. 다만 카페인 커피와 디카페인 커피의 효과가 완전히 같지는 않았다고 기사는 전했다. 카페인 커피는 불안 감소와 집중력 향상 효과가 컸고, 디카페인 커피는 학습과 기억개선을 돕는 효과가 더 컸다. 연구팀은 논문에서 “카페인은 중추신경계를 자극해 각성도와 주의력을 높일 수 있다”며 “하지만 디카페인 커피에도 남아 있는 폴리페놀과 기타 생리활성 성분은 장내 미생물과 대사 경로를 통해 별도의 영향을 줄 수 있다”고 설명했다. 이번 연구가 주목받는 이유는 커피 건강 연구의 중심을 ‘카페인’에서 ‘장-뇌 축(gut-brain axis)’으로 확장했기 때문이다. 장-뇌 축은 장내 미생물·면역반응·대사산물·신경계가 서로 영향을 주고받는 경로를 말한다. 연구팀은 커피를 자주 마시면 장내 미생물 환경이 바뀌고, 이 변화가 기분·스트레스·인지 기능과 연결될 수 있다고 봤다. 다만, 이번 결과를 ‘커피를 마시면 우울증이나 뇌 질환이 예방된다’는 식으로 확대 해석해서는 안 된다고 기사는 지적한다. 연구 대상이 62명으로 비교적 적고, 단기간의 섭취 변화 관찰이란 한계가 있기 때문이다. 또한 연구 참여자의 커피를 다시 마시는 행위 자체가 습관 회복에 따른 심리적 안정감을 줬을 가능성도 있다. 연구팀은 △카페인 효과 △비카페인 성분 효과 △습관적 행동의 심리 효과가 함께 작용했을 수 있다고 설명했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’(Nature Communications) 최근호에 발표됐다.