수면 중에는 뇌에서 '독소'가 씻겨나간다 : 미국 연구팀이 메커니즘을 해명, 알츠하이머병의 치료에 한 줄기 빛

수면 중의 뇌에서 알츠하이머병의 원인의 하나로 여겨지는 β아밀로이드 등의 독소가 마치 씻겨나가는 것처럼 제거된다. 이 메커니즘을 미국 대학의 연구팀이 규명했다. 알츠하이머병의 치료에 임상응용할 수 있는 가능성이 있는 연구결과이지만, 열쇠를 쥐고 있는 것은 논렘수면 중에 발생하는 뇌척수액의 완만한 '파도'다.

로라 루이스가 이끄는 연구팀은 보스턴 대학의 실험실에서 항상 밤을 새고 있다. 새벽 3시까지 실험하고 다음날 늦게까지 잠을 취한다. "시간대를 이동하지 않고 시차 멀미를 하는 듯한 느낌입니다."라고 그녀는 말한다.

잠의 중요성을 이해하지 않는 것은 아니다. 그러나 자는 사람의 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 밝히기 위해서는 다소의 희생은 어쩔 수 없다. "수면 연구의 큰 아이러니입니다."라고 그녀는 말한다. "연구자들은 다른 사람의 수면에 맞출 수밖에 없습니다"

'사이언스'지에 2019년 10월 31일자로 게재된 루이스들의 연구 논문은 우리의 뇌가 수면 중에 독소를 제거하는 메커니즘을 밝히고 있다. 이 연구는 알츠하이머병 등의 신경퇴행성 질환의 치료와 예방에 새로운 길을 열 가능성도 있다.

왜 수면 중에 독소가 제거되는가

인간이 자고 있을 때 뇌는 어떤 상태를 경험한다. 얕은 잠, 무의식에 빠지는 듯한 깊은 잠, 꿈을 꾸기 쉬운 램(급속 안구운동)수면. 루이스의 연구는 논렘수면에 주목하고 있다. 대체로 밤 이른 시간에 일어나는 깊은 잠은 기억 유지와의 관련이 알려져 있다.

이와 관련하여 마우스를 대상으로 한 중요한 연구가 13년에 발표되었다 . 마우스가 자는 사이에 알츠하이머병의 원인 중 하나인 β아밀로이드 등의 독소가 뇌에서 제거되는 것으로 나타났다는 것이다.

루이스는 독소가 어떻게 제거되는지, 이 과정이 왜 수면에만 일어나는지에 관심을 가졌다. 뇌의 주위를 순환하는 물과 같은 액체인 뇌척수액이 관여하는 것은 아닐까라고 그녀는 생각했다. 그러나 수면 중에 무엇이 특별한 것인지 짐작도 할 수 없었다. 그래서 루이스는 다양한 변수를 동시에 측정하는 실험을 고안했다.

실험 참가자는 MRI 장치 속에서 누워 자도록 지시되었다. 보통의 수면주기를 재현하기 위한 실험은 자정부터 시작했다. 연구팀은 참가자들이 실험 시작 후 바로 잠들 수 있도록 시험 전일 밤을 새우도록 요청했다.

루이스는 참가자에게 뇌파 측정 캡을 씌워 뇌의 전기 활동을 시각화했다. 뇌파로 참가자들이 수면의 어떤 단계에 있는지 판별할 수 있다. 한편, MRI는 뇌의 혈중산소 농도를 측정하고, 뇌척수가 얼마나 순환하고 있는지를 보여준다.

"이러한 측정 지표가 중요한 것이라 직감했습니다. 그래도 수면 중에 어떻게 변화하는지, 어떤 상호 관련이 있는지는 우리에게는 미지의 영역이었습니다"라고 루이스는 말한다.

핵심 뇌척수액의 완만한 '파도'

실험 결과, 논렘수면 중에 뇌척수액의 완만한 '파도'가 뇌를 씻어내는 것으로 나타났다. 이 파도가 어떻게 발생하는지는, 뇌파로 밝혀졌다. 논렘수면에 들어가면 신경세포의 활동은 동기화 시작하고, 뇌 전체가 동시에 온/오프를 전환했다.

"첫째, 모든 신경이 조용해지는 상태가 관찰됩니다"라고 루이즈는 설명한다. 모든 신경세포가 일시적으로 발화를 종료하기 때문에, 필요한 산소량이 감소한다. 이것은 뇌의 혈류량이 적어지는 것을 의미한다. 그리고 그 공백을 채우기 위해 뇌척수액이 대량으로 흘러드는 모습이 관찰되었다.

"훌륭한 연구입니다"라고 로체스터 대학의 신경 과학자 마이켄 · 네다가도 씨가 말한다. 네다가도 씨는 마우스의 수면시 뇌의 독소 제거를 처음 보고한 2013년 논문의 대표저자이다. "뇌의 전기 활동이 액체를 이동시키다니, 누구도 상상하지 못했을 것입니다. 매우 흥미롭군요"

이번 연구는 네다가도 씨가 마우스로 연구를 진행하고 있어, 인간에게도 매우 중요하다고 생각되는 현상의 메커니즘을 설명하는 것이다. "수면은 그냥 휴식을 취하기 위해 있는 것이 아닙니다. 자신만의 기능이 있습니다"라고 네다가도 씨는 말한다.

각성시에는 모든 신경이 ON/OFF를 동기화하지 않는다. 즉, 일어나 있는 동안에는 뇌 혈류량이 충분히 떨어지지 않기 때문에, 뇌척수액의 큰 파도가 뇌를 순환하여 축적된 β아밀로이드 등의 대사 부산물을 씻어낼 수도 없다.

고령의 참가자를 대상으로 한 실험에 기대

이 연구결과는 알츠하이머병의 치료에 임상응용 할 수 있을지도 모른다. 최근의 알츠하이머병의 치료법 개발은, β아밀로이드에 초점을 맞추고 있다. 그러나 초기에는 유망해 보이던 약물 전부가 임상시험에서 좌초했다.

"새로운 길이 보입니다."라고 네다가도 씨는 말한다. β아밀로이드라는 한 종류의 분자에 작용하는 것이 아니라, 뇌를 씻어내는 뇌척수액의 양을 늘리는 데 초점을 맞춘 새로운 치료법이 예상된다.

만약 실현되면 β아밀로이드뿐만 아니라 다른 유해한 분자도 제거할 수 있다. 그 일례가 알츠하이머병 환자의 뇌에 축적되어, 신경세포 간의 연결을 저해시키는 타우 단백질이다. 쓰레기를 모두 함께 청소하는 방법은 문제의 일부만을 해결하는 것보다 훨씬 강력하다. "노화는 단 한 종류의 분자의 증감 문제가 아닙니다. 모든것이 쇠약해져 가는 것입니다"라고 네다가도 씨는 말한다.

이번 발견으로 새로운 의문이 생겨났다. 논렘수면 이외의 다른 수면 단계에서 무슨 일이 일어나고 있는지는, 루이스의 연구 대상이 아니었다. 또한 그녀의 연구 참가자들은 모두 건강한 젊은 성인이었다.

그러나 그녀가 취한 연구 방법은 완전히 비침습적이였으며(그러나 많은 기계에 연결된 채로 MRI에서 자도록 하는 것이 비침습이라고 말할 수 있다면 얘기지만) 염료를 주입할 필요조차 없다. 이 때문에 신경퇴행성 질환을 앓고 있을 가능성이 있는 고령의 참가자를 대상으로 한 실험도 실시하기 쉬울 것이다.

루이스의 연구팀에게는 앞으로도 잠 못 이루는 밤이 계속될 것 같다.

출처 참조 번역
睡眠中には脳内から“毒素”が洗い流される：米研究チームがメカニズムを解明、アルツハイマー病の治療に光
https://wired.jp/2020/01/14/scientists-now-know-how-sleep-cleans-toxins-from-the-brain/

睡眠中には脳内から“毒素”が洗い流される：米研究チームがメカニズムを解明、アルツハイ��