4분 읽기
- 고농도 이산화탄소를 흡입하면 뇌의 "정화 시스템"이 활성화돼
- 고용량 CO2 흡입, 뇌 림프계 활동 증가시키고 아밀로이드와 타우 단백질 제거 촉진
- 해독 메커니즘을 자극하는 것이 아밀로이드, 타우, 알파-시누클레인, 그리고 염증 유발 분자들을 제거하는 데 도움

이산화탄소 흡입, 뇌에서 "알츠하이머 단백질" 제거 촉진
뇌 림프계, 깊은 수면과 유사한 활동 보여

뇌 림프계는 주로 깊은 수면 단계에서 뇌의 대사 노폐물과 잠재적으로 유해한 단백질을 제거한다. 최근 고용량 이산화탄소 흡입이 뇌 림프계의 활동을 증가시키고 아밀로이드와 타우 단백질 제거를 촉진하는 것으로 관찰되었다. 이것이 실제로 알츠하이머병 발병 위험을 줄이거나 진행 속도를 늦추는지는 추가 연구가 필요하다. 

▲ 이산화탄소 흡입은 뇌 정화 작용을 활성화하는 것으로 보인다. © sudok1 / depositphotos.com

오스틴(미국). 뇌의 "청소 시스템"인 뇌 림프계는 혈관을 따라 뻗어 있는 체액 통로 네트워크로, 뇌세포에서 방출되는 대사 노폐물과 잠재적으로 유해한 단백질을 수집하고 운반한다. 뇌척수액(CSF)이 흐르는 혈관 주변 공간을 이용하며, 이 체액은 신경 세포의 간질액과 섞여 대사 노폐물을 흡수한다.

뇌척수액은 정맥을 통해 뇌에서 배출되어 뇌막의 림프관과 림프계를 통해 몸 밖으로 나간다. 글림프계는 특히 깊은 수면 단계(비렘수면)에서 활발하게 작용하는데, 이때 느린 뇌파가 혈관의 규칙적인 확장과 수축과 연관된다. 혈관은 약 30초마다 확장과 수축을 반복한다. 세피라 라이먼은 "이러한 확장과 수축은 본질적으로 뇌에서 노폐물을 제거하는 펌프 역할을 한다"고 설명했다.

의학에서는 글림프계 기능 장애로 인해 모든 대사 노폐물과 유해 단백질을 뇌에서 제대로 배출하지 못하면 베타 아밀로이드나 타우 같은 단백질이 축적될 수 있다는 가설이 오랫동안 제기되어 왔다. 이러한 단백질들은 알츠하이머병과 같은 다양한 신경퇴행성 질환과 관련이 있지만, 이러한 질환의 유일한 원인으로 여겨지지는 않는다.

고농도 이산화탄소 흡입

텍사스 오스틴 대학교(UT)의 세피라 라이먼(Sephira Ryman) 연구팀은 최근 런던에서 열린 알츠하이머 협회 국제 학술대회(AAIC)에서 연구 결과를 발표했다. 이 연구에 따르면, 고농도 이산화탄소를 흡입하면 뇌의 "정화 시스템"이 활성화되어 알츠하이머병 관련 단백질인 아밀로이드와 타우 단백질을 제거할 수 있다고 한다.

라이먼 연구팀은 12명의 참가자를 대상으로 실험을 진행했다. 참가자 중 8명은 인지 장애가 없었고 혈중 타우 단백질 수치도 정상이었지만, 나머지 4명은 특정 형태의 타우 단백질 혈중 수치가 높아 뇌에 고농도로 존재한다는 것을 나타냈다. 이 4명 중 3명은 경도 인지 장애도 겪고 있었다.

이산화탄소가 당단백질 제거 시스템을 활성화한다

30분 동안 진행된 실험에서 참가자들은 마스크를 통해 35초 간격으로 대기 중 이산화탄소 농도와 비슷한 0.05% 또는 5%의 이산화탄소를 흡입했다. 동시에 기록된 뇌 스캔 결과, 고농도 CO₂에 간헐적으로 노출된 것이 글림프계(glymphatic system)를 활성화시키는 것으로 나타났다. 이로 인해 참가자들은 실험 동안 깨어 있었음에도 불구하고, 글림프계는 깊은 수면 상태에서만 정상적으로 기능했다.

실험 전후에 채취한 혈액샘플에서도 베타-아밀로이드 단백질 농도가 증가한 것이 확인되었다. 이는 건강한 사람에게서도 발견되지만, 알츠하이머병의 특징적인 침착물과 관련된 단백질인 베타-아밀로이드가 뇌에서 혈류로 더 많이 방출되었음을 시사한다. 세피라 라이먼은 "이는 신경퇴행성 질환의 지표인 베타-아밀로이드가 뇌에서 더 많이 제거되었음을 의미한다"고 설명했다.

인지 기능이 저하된 세 명의 참가자에게서도 타우 단백질 제거 효과가 향상된 것으로 나타났다. 연구진은 이 참가자들의 혈중 타우 단백질 농도가 높게 나타난 것은 다른 참가자들에 비해 뇌에 타우 단백질이 훨씬 더 많이 축적되었기 때문일 가능성이 높다고 설명했다.

빠른 기저 수준으로의 복귀

추가 혈액샘플 분석 결과, 아밀로이드 및 타우 제거 효과가 치료 후 단 1시간 만에 기저 수준으로 회복되는 것으로 나타났다. 따라서 CO₂ 치료가 실제로 알츠하이머병 발병 위험을 감소시키는지 또는 질병 진행에 긍정적인 영향을 미치는지에 대한 추가 연구가 필요하다.

이러한 접근 방식을 통해 특정 부위의 해독 작용을 촉진하는 것이 실제로 인지 기능 저하에 영향을 미칠지는 아직 확실히 알 수 없다. 하지만 흥미로운 점은 이러한 해독 메커니즘을 자극하는 것이 아밀로이드에만 국한된 것이 아니라 아밀로이드, 타우, 알파-시누클레인, 그리고 염증 유발 분자들을 제거하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다. 따라서 이러한 접근 방식이 뇌 전체에 훨씬 더 광범위한 영향을 미치고 알츠하이머병을 넘어 더 많은 분야에 적용될 수 있을 것으로 예상된다"고 제프 일리프는 설명했다.

계획된 임상 시험에서는 이러한 치료가 얼마나 자주 필요한지, 그리고 안전성은 어떤지 또한 조사할 예정이다. 이번 연구는 부작용이 없는 12명의 참가자만을 대상으로 진행되었기 때문에 안전성에 대한 결론은 아직 내릴 수 없다. 만약 이 치료법이 안전하고 효과적이라면, 알츠하이머병 환자와 알츠하이머병 발병 위험이 높은 사람들은 미래에 집에서 작은 기기를 사용해 뇌의 해독 시스템을 활성화할 수 있을 것이다.

출처:Alzheimer’s Association International Conference (AAI

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]