뇌 속 노폐물 어디로 빠질까…'숨은 배수구' 첫 발견

(서울=뉴스1) 김민수 기자 =

뇌는 하루 약 500mL의 뇌척수액을 만들어 스스로를 씻어낸다. 이 액체는 뇌에서 생긴 노폐물을 실어 나르지만, 뇌를 둘러싼 보호막을 정확히 어디로 빠져나가는지는 오랫동안 풀리지 않은 수수께끼였다.

국내 연구진이 뇌와 코가 가까이 맞닿는 두개골 안쪽에서 뇌척수액이 통과하는 미세 구멍을 처음 찾아냈다. 냄새 정보를 처리하는 뇌 부위인 후각망울 주변의 지주막에 자리한 일종의 '숨은 배수구'다.

기존에도 뇌척수액이 코 주변 림프관을 거쳐 목 림프절로 배출된다는 사실은 알려져 있었다. 다만 뇌척수액이 지주막을 어떤 구조를 통해 통과해 뇌막 림프관으로 들어가는지는 밝혀지지 않았다. 이번 연구는 그 빈칸을 채웠다는 데 의미가 있다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 혈관 연구단 고규영 단장 연구팀이 뇌척수액이 뇌를 감싼 지주막을 통과하는 미세 구멍을 발견했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '셀'(Cell)에 게재됐다.

뇌와 코 사이 '숨은 배수구'…막 통과 경로 첫 확인

뇌척수액은 뇌와 척수 주변을 흐르는 투명한 액체다. 외부 충격으로부터 뇌를 보호하는 동시에 뇌에서 생긴 노폐물을 씻어 밖으로 운반하는 일종의 '세척수' 역할을 한다.

이 배출 기능이 떨어지면 알츠하이머병과 관련된 아밀로이드 베타 등 해로운 단백질이 뇌에 쌓일 수 있다. 뇌척수액 배출 장애와 인지기능 저하·퇴행성 뇌질환의 연관성을 보여주는 연구도 이어졌지만, 뇌 보호막을 빠져나가는 실제 통로는 확인되지 않았다.

뇌를 둘러싼 막은 여러 층으로 이뤄져 있다. 뇌척수액은 뇌와 중간층 보호막인 지주막 사이 공간을 흐르며, 바깥쪽 뇌막에 자리한 림프관으로 들어가려면 지주막을 통과해야 한다.

연구팀은 뇌 앞부분에서 냄새 정보를 처리하는 후각망울 주변을 살펴보다가 지주막에 평균 지름 4.5마이크로미터(㎛) 크기의 작은 구멍들이 모여 있는 것을 발견했다. 머리카락 굵기의 약 20분의 1 수준이다.

지주막 소창은 일반인의 얼굴 기준으로 보면 코 안에 있는 구조가 아니라, 뇌와 코가 가까워지는 두개골 안쪽의 후각망울 주변에 자리한다. 쉽게 말해 뇌척수액이 지주막을 뚫고 바깥쪽 뇌막으로 빠져나가는 아주 작은 배수구다.

뇌척수액은 지주막 소창을 통과한 뒤 뇌막에 있는 림프관으로 들어간다. 이후 코 안쪽 림프관을 거쳐 목에 있는 림프절까지 이동한다. 림프관은 몸속 액체와 노폐물을 실어 나르는 배수관과 비슷하다.

연구팀은 형광물질을 뇌척수액에 넣어 실제 이동 경로도 확인했다. 형광물질은 지주막 소창을 빠져나와 뇌막 림프관과 코 안쪽 림프관을 지나 목 림프절까지 이어졌다. 생쥐뿐 아니라 영장류에서도 비슷한 구멍이 발견됐다.

기존에는 뇌척수액이 코 주변으로 배출된다는 사실은 알려졌지만, 지주막을 어떻게 통과해 뇌막 림프관으로 들어가는지는 명확하지 않았다. 그러나 이번 연구에선 후각망울 주변 지주막에 난 소창을 통해 뇌척수액이 빠져나간다는 점이 처음 확인됐다.

노화하면 구멍 수·크기 50~60% 감소…배출량도 줄어

나이가 들수록 이 배출구의 기능도 약해지는 것으로 나타났다. 노화한 생쥐에서는 지주막 소창의 크기와 개수가 젊은 생쥐보다 50~60% 줄었고 주변 림프관도 감소했다. 이에 따라 목 림프절로 배출되는 뇌척수액의 양도 줄었다.

지주막 소창의 수와 크기가 감소하면 뇌척수액이 원활하게 빠져나가지 못하고, 뇌에서 발생한 노폐물이 축적될 가능성이 커진다. 연구팀은 이러한 변화가 노화에 따른 인지기능 저하와 퇴행성 뇌질환을 이해하는 데 단서가 될 것으로 봤다.

연구팀은 노화한 생쥐의 코 안에 림프관 생성을 돕는 'VEGF-C' 유전자를 투여했다. 그 결과 후각망울과 코 주변의 림프관이 2~3배 늘었고, 감소했던 뇌척수액 배출량도 젊은 생쥐 수준으로 회복됐다.

이는 코를 통해 림프관 생성 촉진 인자를 전달함으로써 노화로 약해진 뇌척수액 배출 기능을 되살릴 가능성을 보여준 결과다. 앞으로 지주막 소창이나 주변 림프관을 표적으로 삼는 새로운 치료법 연구로 이어질 수 있다.

다만 당장 코에 약물을 넣어 치매를 예방하거나 치료할 수 있다는 의미는 아니다. 이번 실험에서 확인된 것은 노화한 생쥐의 뇌척수액 배출량이 회복됐다는 점이다. 실제로 아밀로이드 베타 축적이나 인지기능 저하, 치매 진행을 막을 수 있는지는 별도로 검증해야 한다.

사람에게도 동일한 구조와 치료 효과가 나타나는지도 확인되지 않았다. 연구팀은 영장류에서 지주막 소창과 유사한 구조를 발견했지만, 향후 인체 조직 연구와 안전성 검증 등을 거쳐야 한다.

고규영 단장은 "영장류에서도 동일한 지주막 소창 구조를 확인함으로써 사람의 뇌 청소 기전을 밝힐 핵심 단서를 확보했다"며 "앞으로 인체 조직을 이용한 연구로 확장하고, 다양한 퇴행성 뇌질환에 적용할 수 있는 새로운 치료 전략을 발전시켜 나갈 계획"이라고 밝혔다.