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'장내미생물→면역세포→자폐증' 연결고리 규명

입력 2017-09-14 13:19 수정 2017-11-22 10:31

바이오스펙테이터 김성민 기자

장내 절편섬유상세균을 시작으로 한 모체 면역활성화...뇌 1차 체성감각영역 영향 '자폐행동 유발'

특정 장내 미생물을 시작으로 한 면역반응이 자폐증의 원인이 된다는 연구가 발표돼 눈길을 끌고 있다. 자폐행동을 나타내는 구체적인 뇌 부위도 규명됐다.

한국인 과학자 부부인 허준렬, 글로리아 최 교수가 밝힌 연구를 다른 논문 두편은 지난 13일 네이처에 게재됐다.

면역시스템과 뇌질환의 상관성은 이전부터 알려져 있던 사실이다. 일례로 산모가 임신기간 바이러스에 감염될 경우 태아의 신경발달성질환에 걸릴 확률이 높아진다고 알려져 있다. 덴마크에서 진행됐던(1980~2005) 연구에 따르면 임신 3개월 이내에 특정 바이러스에 감염될 경우 자폐아 출산위험이 3배 가량 높아진다. 연구팀은 모체 면역활성화(MIA, maternal immune activation)라고도 불리는 이 현상에 주목했다.

연구팀은 쥐에서 MIA로 인해 자폐증이 발생하는 원인기전을 규명하고 이를 통해 자폐아 발생률을 낮출 수 있는 전략을 제시했다.

이전 연구팀은 산모 MIA로 도움 T세포(T helper 17 cells)가 비정상적 피질(cortical) 형성과 행동이상에 영향을 줄 수 있음을 증명했다. 그러나 여전히 두가지 측면에 대한 궁금증이 해결되지 않은 상황이었다. 첫째 어떤 원인물질이 Th17을 활성화해 자폐증을 일으키는 면역물질을 분비하게 유도하는가? 결과적으로 Th17가 분비하는 인터루킨-17a(IL-17a)가 문제가 된다면, 뇌에 어떤 영향을 줘서 이상행동이 나타나는가다. 이번에 발표된 논문은 각각의 질문에 대한 해답을 보여준다.

흥미롭게도 산모 쥐에서 장내 미생물이 Th17을 활성화하는 매개체 역할을 했다. 그중에서도 절편섬유상세균(segmented filamentous bacteria)가 Th17 분화를 촉진했다. 실제 쥐의 장에서 항생제로 이들 균을 제거했더니 후손에서 이상행동이 나타나지 않았다. 연구팀은 이외에도 산모가 MIA에 노출되게 되면 소장의 수지상세포(dendritic cell)이 L-1β, IL-23, IL-6를 분비해 T세포가 IL-17a를 분비하도록 촉진하는 역할을 한다는 것을 밝혔다.

해당 연구는 산모가 특정 박테리아에 감염될 때 나타나는 염증반응이 후손에서 신경발달성질환을 나타낼 가능성이 높일 수 있다는 것을 밝혔다.

두번째 논문에서는 MIA로 인해 영향을 받는 뇌 부위를 찾았다. 대뇌피질의 1차 체성감각영역(S1DZ, primary somatosensory cortex)으로 운동기능을 담당하는 부위다. 연구팀은 S1DZ와 자폐행동 간의 직접적인 연관성을 밝히기 위해 정상쥐(wild type)에서 광유전학기술을 이용해 S1DZ의 pyramidal neuron을 자극했다. 흥미롭게도 해당 신경부위를 자극함에 따라 자폐행동이 나타났으며, 반면 MIA로 인한 자폐증세를 보이는 후손에서 이들 신경을 억제했더니 행동결함이 회복됨을 확인헀다.

연구팀은 S1DZ가 관여하는 자폐행동을 확인한 결과 S1DZ가 신호를 보내는 뇌 부위에 따라 각기 다른 행동양상을 중개했다. S1DZ-기저핵(striatum) 신경 시냅스에서 반복행동을 주관하며, 이와 분리된 피질영역은 사회성결핍행동과 연관돼 있었다.

이번에 발표된 두 연구결과는 산모가 특정 장내미생물에 감염될 경우 후손이 자폐증상을 나타낼 수 있는 연결고리를 규명했다는 점에서 의미가 크다. 이를 나타내는 핵심부위가 대뇌피질의 S1DZ로 신경 네트워크가 망가져 자폐와 관련된 행동이상이 나타났다. 구체적인 뇌영역과 뇌질환 환자가 보이는 특정 행동사이의 연관성을 보여줬다는 점에서도 의미가 있다.

텍사스대 사우스웨스턴병원의 크레이그파월 교수는 네이처 논평논문에서 "두 논문은 산모에서 특정 자폐아가 나올 수 있는 동등선의 메커니즘을 밝혔다"며 "산모에서 태아를 해칠 수 있는 감염, 면역작용을 감소하기 위해 장내 미생물을 조절하는 식이요법, 약물조절이 필요하다"고 설명했다.

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