만성적인 수면부족에 의해, 뇌가 '자기 파괴'를 한다는 연구결과

만성적인 수면부족이 뇌의 '식작용'을 담당하는 세포를 활성화시켜, 시냅스의 분해를 촉진시킨다는 연구결과가 발표되었다. 또한 수면부족은 알츠하이머병 등의 신경변성 질환을 일으킬 위험이 높을 수 있다고 한다.

며칠 동안 잠들지 않는 날이 계속되면 점차 생각이 정리되지 않고, 전혀 일이나 공부를 할 수 없게 된다 ──. 수면부족이 계속되면 기력도, 체력도 사고 능력도 현저하게 저하되는 것을 실감하지만, 더 우려되는 것은 뇌에서 발생하는데, 그것이 마우스를 사용한 연구에 의해 확인되었다. 한마디로 말하면, 그것은 "뇌세포의 자기 파괴"이다.

이탈리아의 마르케 공과대학 임상실험 의학과 미셸 베렛시 박사가 'Journal of Neuroscience'에 발표한 연구에서, 만성 수면부족을 원인으로 한 물리적 뇌 손상이 세포 레벨로 설명되어 있다. 여기에서 연구자들이 주목한 것은 주로 뇌의 청소 나 관리를 하고 있다 'glial'세포에 의한 'phagocytosis(식작용)'이다.

식작용은 생체에 있어서 이물질로 인식되는 병원성 미생물이나 죽은 세포 등을 흡수하는 역할이며, 몸(조직, 혈액 내)에서는 대식세포와 단핵구 등이 담당하고 있다. 뇌는 glial세포인 아스트로 사이트와 microglia가 식작용과 비슷한 기능을 하는 것으로 알려져 있다.

microglia는 주위의 환경을 관리하고, 배회하면서 뉴런의 활동을 모니터하고, 오래되거나 죽은 세포를 식작용에 의해 흡수하거나 한다. 아스트로사이트는 더 이상 필요없는 시냅스(신경세포의 접합 부분)의 가지치기와 잔해 제거 또는 연결 회로의 재형성을 한다.

이러한 일련의 작업은 주로 자는 사이에 이루어지는 것으로 생각되고 있었지만, 베렛시의 이전 연구에서는 자고 있을 때보다 일시적인 수면 부족의 경우가 아스트로사이트 유전자가 활성화하는 것이 확인되었다. 하지만 뇌내 환경의 혼란이나 염증 반응에 의해서도 활성화하는 microglia가 수면부족에 의해서도 활성화되는지 여부는 알 수 없는 상태였다.

이번 실험에서는 이러한 아스트로사이트와 microglia의 특성이, 다양한 수면/각성 패턴에서 어떤 역할을 하는지를 마우스의 뇌로 조사한 것이다. 그래서 연구팀은 마우스를 4개의 그룹으로 나누어 실험을 실시했다. 각 그룹은 마우스 6~8마리로 구성되었다.

숙면 그룹 : 6~7시간 제대로 자는 그룹
숙면 방해 그룹 : 잠자는 동안 여러 번 깨워져 숙면이 방해된 그룹
수면부족 그룹 : 평소보다 8시간 이상 깨어 있는 그룹
만성 수면부족 그룹 : 자극을 주어 4일 반 동안 깨워져 있던 그룹

수면부족으로 '시냅스가 먹힌다'

마우스의 뇌에서 아스트로사이트의 활동은 이러한 4개의 그룹에서 크게 달랐다. 실험 결과, 숙면 그룹의 아스트로사이트 활성은 5.7퍼센트였던 반면, 숙면 방해 그룹은 7.3퍼센트, 수면부족 그룹은 8.4퍼센트, 만성 수면부족 그룹은 13.5%로, 수면이 부족할수록 아스트로사이트가 활동적이게 되는 것으로 나타났다. 이것은 수면부족이 발단이 되어 아스트로사이트를 활성화시켜 시냅스의 연결과 그 잔해를 더욱 분해하여 버리는 것을 시사하고 있다.

실제로 만성 수면부족 그룹의 마우스의 시냅스를 살펴보면, 일반적으로 사용되는 '허브' 역할을 하는 성숙한 시냅스일수록 아스트로사이트의 표적이 되어 더 분해가 이루어지고 있는 것으로 나타났다.

각성 시간 연장에 따라 뇌신경 활동을 통해 축적된 분자 부산물도 증가했다. 연구진은 아스트로사이트의 청소 관리 기능(기본 식작용)이 더 자주 사용하는 시냅스에 대응한 결과인 것은 아닐까 추측하고 있다. 즉 수면부족이 계속되면 뇌신경끼리 연결하는 시냅스의 일부가 아스트로사이트에게 그대로 먹혀버리는 것이다.

또한, 연구팀은 microglia도 만성 수면부족에 의해 활성화하는 것을 확인했다. 수면부족 그룹에서는 보이지 않았던 시냅스 구성 요소에 대한 식작용이, 만성 수면부족 그룹에서는 증가하고 있었던 것이다. 그러나 만성 수면부족으로 인한 염증의 증가와 microglia 활성화의 관련은 보이지 않았고, 연구자들은 만성 수면부족으로 유발된 다른 요인이 microglia를 활성화시킨 것은 아닐까 추측하고 있다.

과도한 microglia의 활성은 알츠하이머병 등의 신경 장애와 관련 있는 것으로 밝혀지고 있으며, "여기서의 발견이 더 심각하다"고 논문 필두자인 베렛시는 자료에서 언급하고 있다 .

수면부족과 신경퇴행성 질환

현재 세계 각국에서는 많은 사람이 만성적인 수면부족에 있다. 지금까지의 수많은 연구에서, 수면부족과 알츠하이머 등의 신경퇴행성 질환의 높은 상관관계가 확인되고 있어, 수면부족에 의해 축적되는 단백질의 종류도 몇 가지들 수 있다. 수면의 질 향상이 신경퇴행성 질환의 예방으로 이어진다고 확신할 수는 없지만, 만성 수면부족은 각종 질병 관련 단백질의 증가 요인이 되고 있다.

베렛시가 이끄는 연구팀은 앞으로 수면부족에 의한 아스트로사이트와 microglia의 영향이 어느 기간 동안 계속되는지를 조사할 예정이다.

출처 참조 번역
慢性的な睡眠不足によって、脳は「自己破壊」する：研究結果
https://wired.jp/2017/08/13/lack-of-sleep/

慢性的な睡眠不足によって、脳は「自己破壊」する：研究結果