식도에서 삼키는 기능은 어떻게 작동하는가?
삼킴 반사의 트리거로 확인된 새로운 뉴런 하위 유형

활성화된 수송:
삼킴 반사가 기능하려면 식도 벽의 특정 신경 세포가 먼저 활성화되어야 한다고 한 연구가 밝혔다. 그들에 따르면 새로 확인된 이 감각 세포는 미주 신경을 통해 뇌에 신호를 보내는 신장 수용체 역할을 하여 삼킴을 유발한다. 그래야만 식도의 연동 운동이 시작되어 음식을 위로 운반한다. 이 지식은 이제 병적 삼킴 장애를 치료하는 데 도움이 될 수 있다. 

▲ 생쥐의 식도 근처에 있는 미주 신경의 분지 및 확장은 노란색으로 표시된다. © Elijah D. Lowenstein, AG C. Birchmeier/Max Delbrück 센터

삼킴 반사는 음식 섭취에 필수적이다. 인두와 식도의 이러한 능동적 수축을 통해서만 음식물이 구강에서 위로 운반된다. 식도 벽에 있는 근육의 연동 운동은 죽이된 음식을 앞으로 이동하도록 한다. 그러나 이 반사가 제대로 작동하지 않는 사람들도 있으며 다발성 경화증이나 ALS와 같은 신경계 질환도 삼킴 장애로 이어질 수 있다.

뇌간에서 미주 신경, 식도까지

삼키는 방법은 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다. 뇌간의 하부에 있는 운동뉴런과 미주 신경이 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있었다. 자율신경계의 일부인 이 10번 뇌신경은 머리에서 목을 거쳐 가슴과 복부로 이어진다. 후두와 인두의 움직임을 제어하지만 입, 가슴, 소화관의 자극을 뇌로 전달하기도 한다.

이것은 식도의 움직임도 미주 신경에 의해 제어된다는 것을 시사한다. 그러나 식도에 이를 위한 특별한 신경절과 신경 말단이 있는지, 그리고 삼킴 반사가 이러한 감각 세포로부터 능동적 피드백을 필요로 하는지에 대해서는 논란이 있다. 이러한 질문은 이제 막스 델브뤼크 분자 의학 센터(Max Delbrück Center for Molecular Medicine in Berlin)와 그의 동료들에 의해 명확해졌다.

신경 종말의 특별한 하위 유형

연구를 위해 연구원들은 먼저 생쥐의 미주 신경의 다양한 감각 뉴런을 염색하기 위해 유전자 형광 마커를 사용했다. 이를 통해 연구원들은 소위 IGLE(Intraganglial laminar endings)라고 하는 이 뇌신경의 특별한 결절 확장이 식도에 위치하는 곳을 이해할 수 있었다. 전기 생리학적 방법과 단일 세포 유전자 분석을 사용하여 팀은 이러한 신경 결절이 무엇으로 만들어지고 어떻게 기능하는지 결정했다.

식도는 이전에 알려지지 않은 세 가지 하위 유형에 속하는 특수 신경 종말의 전체 네트워크에 의해 십자형으로 교차되어 있음이 밝혀졌다. 이러한 소위 Prox2/Runx3 아형은 Lowenstein과 그의 팀이 발견한 것처럼 특정 유전자 활동 패턴을 특징으로 한다. 식도 벽 뿐만 아니라 위벽에서도 미주 신경의 말단 결절은 별개의 형태의 감각 세포로 기능한다.

꿀꺽 꿀꺽 트리거로 Mechano 센서

이 세포들은 어떤 자극에 반응할까? 과학자들은 마우스의 식도를 기계적으로 시각적으로 자극하고 말단 결절의 전기생리학적 반응을 관찰함으로써 이를 테스트했다.

결과:
식도가 약간 늘어난 경우 Prox2/Runx3 신경 말단이 작동했다. 로벤스타인(Lowenstein)과 그의 동료들은 "따라서 이 뉴런은 식도에 있는 유일한 미주신경 기계수용기"라고 말했다. 차례로, 식도에 이러한 스트레인 센서가 존재한다는 것은 그들이 정보를 미주 신경과 뇌에 전달한다는 것을 암시한다.

따라서 삼킴 반사는 이러한 기계적 수용기의 올바른 기능에 따라 달라질 수 있다. 이를 테스트하기 위해 팀은 일부 테스트 마우스에서 Prox2/Runx3 식도 하위 유형을 껐다. 그 결과, 동물은 삼키는 데 분명히 인식할 수 있는 문제가 있었다. 심지어 액체도 30분 이상 식도에 머물렀다. 어떤 경우에는 위장에 전혀 닿지 않고 목구멍에 쌓이거나 심지어 다시 입으로 흘러 들어갔다.

삼킴 장애 치료를 위한 새로운 접근법

"식도는 입과 위를 연결하는 속이 빈 관이 아니다"고 Lowenstein은 말했다. "대신, 기능을 수행하기 위해 기계 감각 피드백에 의존한다." 따라서 삼키는 반사는 미주 신경 말단의 새로 식별된 하위 유형이 활성화되고 스트레칭 자극에 반응할 수 있는 경우에만 제대로 작동한다. 이렇게 식도가 늘어나면 삼킴이 유발된다.

이 발견은 이제 삼킴 장애의 원인을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있으며 치료를 위한 새로운 접근 방식을 제공할 수 있다. Max Delbrück Center의 Carmen Birchmeier. 

동시에, 이 연구에서 사용된 방법은 이제 폐나 대동맥을 제어하는 ​​것과 같은 다른 미주 감각 뉴런의 기능도 검사할 수 있는 가능성을 제공한다. "이러한 뉴런이 특정 호흡기 질환이나 고혈압과 같은 심혈관 질환의 발달에 중요한 역할을 하지만 여전히 알려지지 않은 역할을 할 가능성이 있다"고 비르시마이어(Birchmeier)가 말했다.
(뉴런, 2023; doi: 10.1016/j.neuron.2023.04.025)
출처: Helmholtz Association의 Max Delbrück 분자 의학 센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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