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- 다운 증후군(DS)은 배아 세포 분열의 오류로 인해 발생, 8백 명 중 1명 꼴
- 다운 증후군을 가진 사람들이 종종 사춘기 이후에 시작되는 후각 장애와 불임 앓아
- GnRH 펄스 투여로 7명 남성 DS환자의 인지능력 향상에 도움
- 7명의 피험자, 피질과 해마를 포함, 사고와 기억에 중요한 일부 뇌 영역의 배선 증가

다운 환자를 위한 지능 향상
호르몬 요법은 21삼염색체증(Trisomy 21) 환자의 인지 능력을 향상 시킨다.

뇌를 위한 부스터:
파일럿 연구에서 제안한 것처럼 특수 호르몬 치료는 다운 증후군 환자의 정신적 결함을 줄일 수 있다. 그들에게서 성선 자극 호르몬 방출 호르몬(GnRH; Gonadotropin-Releasing-Hormon)의 펄스 투여는 7명의 남성 다운 환자가 인지 능력을 향상 시키는 데 도움이 됐다. 연구팀이 Science에 보고한 바와 같이 쥐를 대상으로 한 연구에서 이 효과가 확인됐고 메커니즘이 명확해졌다. 이것이 추가 연구에서 확인되면 영향을 받는 사람들에게 유망한 치료법이 될 것이다. 

▲ 다운 증후군은 21번째 염색체가 많아져 발생한다. 사진은 Trisomy 21을 지닌 8살 아이  (출처: https://de.wikipedia.org/wiki/Down-Syndrom)

다운 증후군은 배아 세포 분열의 오류로 인해 발생한다. 21번 염색체 또는 그 일부는 복제되지 않고 3배가 된다. 21번 삼염색체성으로도 알려진 이 유전적 결함은 800명 중 1명꼴로 발생하며 신체적, 정신적 발달에 영향을 미친다. 추상적 사고, 계획, 기억 및 주의력 문제가 일반적이며 많은 사람들이 정신적 퇴화를 가속화한다.

프랑스 릴 대학의 마리아 만프레디-로자노(Maria Manfredi-Lozano)와 동료들은 "21번 삼염색체증은 지적 장애의 가장 흔한 유전적 원인"이라고 설명했다. "그러나 지금까지 이에 대한 치료 옵션은 제한적이고 효과가 의심스럽다.“

성선 자극 호르몬 방출 호르몬은 어떤 역할을 할까?

지금은 바뀔 수 있다. Manfredi-Lozano와 그녀의 팀이 인지 결손의 가능한 원인을 확인하고 치료 방법을 찾았기 때문이다. 출발점은 다운 증후군을 가진 사람들이 종종 사춘기 이후에 시작되는 후각 장애와 불임을 앓는다는 관찰이었다. 둘 다 특정 호르몬인 성선 자극 호르몬 방출 호르몬(GnRH)의 기능과 밀접하게 관련되어 있다.

GnRH는 시상하부의 특별한 뇌 세포에서 분비되며 주로 성 호르몬 생산을 조절한다. 그러나 최근 연구에 따르면 이 호르몬은 다양한 뇌 기능에도 영향을 미치고 더 높은 정신 능력에 영향을 줄 수 있다. 여기에서 Manfredi-Lozano와 그녀의 동료들이 관심을 가졌다. 그녀의 의심은 GnRH는 다운 증후군의 일부 신체적, 정신적 증상과 관련이 있을 수 있다는 것이다.

▲ 성선 자극 호르몬 방출 호르몬(GnRH)은 생식과 성 호르몬에 중요한 역할을 한다. 밝혀진 바와 같이, 그것은 또한 우리의  인지 능력에도 영향을 미친다.

GnRH는 또한 뇌 기능에 영향을 미친다.

이를 명확히 하기 위해 연구자들은 먼저 다운 증후군의 동물 변종으로 고통 받는 쥐의 뇌를 조사했다. GnRH를 생성하는 뉴런의 활동이 이들 동물에서 교란된 것으로 밝혀졌다. 시상하부의 뉴런뿐만 아니라 정신 능력과 기억과 관련된 영역인 해마와 대뇌 피질의 호르몬 생성 뇌 세포도 영향을 받았다.

사실, 추가 분석은 이러한 뉴런의 이상과 호르몬 생산이 쥐의 신체적 발달뿐만 아니라 인지 기능에도 영향을 미친다는 것을 보여주었다. 실험동물에서 GnRH의 유전자 발현이 인위적으로 차단되었을 때 영향을 받은 쥐는 같은 현상이 나타났다. 학습 결핍 및 후각 장애는 삼염색체성 마우스와 같다.
"따라서 우리의 연구는 인지 및 후각 수행에서 GnRH의 예상치 못한 역할을 보여준다"고 Manfredi-Lozano와 그녀의 동료들은 설명한다. "이러한 효과는 시상하부 외부의 뇌 영역에서 GnRH 및 그 수용체의 발현과 밀접하게 연관돼 있다.“

펄스 호르몬 투여로 쥐의 인지 결손 개선

이것은 뉴런 호르몬 생산의 기능 장애를 보상할 수 있다면 다운 증후군의 정신적 결함을 적어도 부분적으로 치료할 수 있다는 의미다. 과학자들은 먼저 이것이 쥐에게 효과가 있는지 여부를 테스트했다. 이를 위해 그들은 GnRH를 생성하는 뇌 세포처럼 정기적으로 호르몬을 방출하는 펌프를 피부 아래에 심었다. 실제로, 15일 후에 동물들은 연구원들이 보고한 바와 같이 학습 및 기억력 결핍에 상당한 개선을 보였다.

그러나 이것이 인간 다운 환자에게도 효과가 있을까? GnRH를 이용한 펄스 호르몬 치료도 오랫동안 인간에게 승인되었으며 GnRH 결핍으로 인한 불임 치료에 사용된다. 이를 통해 팀은 다운 증후군이 있는 남성 지원자 7명을 대상으로 파일럿 연구를 수행할 기회를 얻었다. 다운 환자 7명 모두 심각한 인지 장애, 후각 장애를 보였고 그 중 4명은 언어 이해에도 문제가 있었다.

파일럿의 경우 7명의 참가자 모두 피부 아래에 2시간마다 GnRH 호르몬을 방출하는 작은 펌프를 이식했다. 6개월 후, 과학자들은 표준화된 테스트를 사용하여 7명의 대상자의 정신 능력을 다시 테스트했다.

▲ Pulsatile GnRH 치료는 DS의 인지를 향상시킨다. DS 환자는 지적 장애 및 생식 성숙 결핍 외에도 후각 및 인지 장애를 보인다. 생식을 조절하는 GnRH 뉴런은 해마와 같은 인지와 관련된 뇌 영역에도 투사한다. DS 환자의 특성을 모방하는 삼염색체 Ts65Dn 마우스에서 GnRH 발현이 점진적으로 사라진다. DS 환자의 박동성 GnRH 요법은 뇌 연결성과 기능을 향상킨다. (출처: GnRH replacement rescues cognition in Down syndrome / Science)

...그리고 인간에서

결과: "인지 능력이 참가자 7명 중 6명에서 향상됐다"며 "이것은 시공간 작업, 실행 기능, 주의 및 일화 기억에서 분명했다"고 연구팀은 보고했다. 실행 기능에는 목표로 하는 행동 계획, 의사 결정 또는 자제와 같은 고등 정신 과정이 포함된다. 펄스 호르몬 요법의 결과 언어적 이해도 향상되었다.

호르몬 요법의 이러한 긍정적인 효과는 기능적 자기공명단층촬영을 사용한 뇌 기능 검사에서도 볼 수 있다. GnRH 치료 후 7명의 피험자는 피질과 해마를 포함하여 사고와 기억에 중요한 일부 뇌 영역의 배선이 증가했다.

"잠재력이 큰 치료법“

Manfredi-Lozano와 그녀의 동료에 따르면, 이러한 결과는 그러한 펄스 호르몬 요법이 다운 증후군 환자에게 도움이 될 수 있음을 시사한다. 그들은 이제 보다 포괄적인 임상 시험에서 이 접근법을 더 추구할 것을 요구하고 있다. "우리의 결과는 무작위, 다기관 연구를 시작하기에 충분한 이유를 제공한다"고 연구원들은 기술했다. 여성에서 GnRH 요법의 효과를 테스트하는 것이 중요하다.
연구에 참여하지 않은 미시간 주립 대학의 신경과학자 Hanne Hoffmann은 "GnRH의 인지 부스터 효과에 대한 이 예상치 못한 발견은 큰 잠재력을 가지고 있다"며 "박동성 GnRH 요법은 다운증후군 환자의 인지 능력을 향상시키는 새로운 치료법이 될 수 있다"고 ‘사이언스’에 첨부된 논평에 유망한 결과라고 썼다.
(Science, 2022; doi:10.1126/science.abq4515)
출처: Science, INSERM

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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