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- 2개월 된 생쥐 뇌와 18개월 된 생쥐의 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지 비교
- 16개 뇌 영역에서 총 120만 개 뇌세포의 RNA 서열 분석, 뇌 영역 활성화와 세포유형 매핑
- 염증 및 면역 체계와 관련된 유전자와 뇌의 혈관 세포가 더 활동적
- 노화 관련 뇌 질환에 대한 새로운 치료법을 개발하기 위한 지침 제공

뇌세포는 다른 속도로 노화된다
뇌의 노화 관련 과정에 대해 식별된 핫스팟

뇌 노화 지도:
신경과학자들이 생쥐에서 발견한 것처럼 뇌의 특정 세포 유형은 다른 뇌세포보다 더 많이 변하고 더 빨리 노화된다. 이러한 노화 과정의 대부분은 염증 및 영양과 관련된 뇌의 특정 "핫스팟"에서도 발생한다. 이러한 지식을 바탕으로 노화 과정을 늦추는 새로운 전략을 개발할 수 있다. 

▲ 띠뇌실막세포라고 불리는 비뉴런 뇌 세포는 생쥐의 시상하부 깊이에 따라 조명되고 색상으로 구분된다. 그들은 나이에 따라 변하는 많은 수의 유전자 전사물을 가지고 있는 쥐 뇌의 세포 유형 중 하나다. © Allen Institute

우리 몸은 나이가 들면서 관절, 뼈, 근육뿐만 아니라 신경계도 쇠퇴한다. 신경 세포가 죽고 더 완전히 대체되지 않으며 뇌가 수축된다. 미국 국립보건원(NIH)의 리차드 호데스(Richard Hodes)는 “노화는 알츠하이머병과 기타 여러 가지 파괴적인 뇌 질환의 가장 중요한 위험 요소”라고 말했다. 도대체 나이가 들수록 머리에서는 정확히 무슨 일이 일어나고, 뇌의 어느 부분이 가장 빨리 노화될까?

젊고 늙은 쥐의 뇌를 관찰했다.

시애틀에 있는 Allen Institute for Brain Science의 Kelly Jin이 이끄는 팀은 이 문제를 더 자세히 조사했다. 이를 위해 신경과학자들은 2개월 된 어린 생쥐 뇌와 18개월 된 생쥐의 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 비교했다. "나이든" 쥐는 대략 중년층의 뇌연령과 일치한다.

연구진은 16개 뇌 영역에서 총 120만 개 뇌세포의 RNA 서열을 분석하고 어떤 유전자가 어느 뇌 영역에서 활성화되고 어떤 세포 유형인지 매핑했다. 이 테스트는 쥐 뇌 전체의 약 35%를 차지한다.

일부 세포는 더 빨리 노화돼

일부 뇌세포는 다른 뇌세포보다 더 민감하고 더 빨리 노화되는 것으로 나타났다. 나이가 많은 쥐에서 이 세포는 어린 동물에서와는 상당히 다른 유전자 활동 패턴을 보였으며, 그 대조는 다른 뇌세포보다 더 강했다. 전체적으로 약 2,500개의 유전자가 어린 나이에 비해 다소 활성화되었지만 모든 세포에서 동일하지는 않았다.

이러한 민감한 세포 유형의 대부분은 뇌의 지지 세포로 알려진 신경교 세포였다. 그들은 신호 자체를 전송하지는 않지만 신경 전달 물질과 지지 구조를 통해 신호를 전송하는 뉴런을 지원한다. 진(Jin)과 그의 동료들이 발견한 바와 같이, 연령에 따라 특히 크게 변화하는 세포에는 소교세포와 경계 관련 대식세포, 희소돌기아교세포, 띠뇌실막세포, 뇌실막 세포가 포함되었다.

유전자 활동의 변화가 염증과 치매를 촉진한다?

놀라운 점은 노화된 뇌에 있는 이들 세포에서 염증 및 면역 체계와 관련된 유전자와 뇌의 혈관 세포가 더 활동적이라는 것이다. 따라서 연령과 관련된 변화는 염증을 촉진할 수 있다.
그러나 신경 구조 및 기능과 관련된 유전자는 젊은 뇌세포보다 덜 활동적이었다. 이는 이들 세포가 뉴런을 더 적절하게 보호하고 지원하지 못하여 치매와 같은 신경퇴행성 질환을 유발할 수 있음을 시사한다.

“우리의 가설은 이러한 세포 유형이 신호를 통합하는 데 덜 효율적이라는 것이다”며 "이러한 효율성 상실은 우리 몸의 나머지 부분에서 노화로 알려진 현상에 어떻게든 기여한다"고 진은 말했다.

▲ 뇌 세포 유형 전체에 걸쳐 신경 기능 감소와 면역 활동 증가가 노화의 공통적인 특징이다. d, 면역 반응 증가와 다양한 세포 유형에서의 신경 기능 감소를 포함한 노화 관련 유전자 발현 변화의 주요 추세 요약. d의 개략도는 BioRender(https://biorender.com)를 사용해 생성되었다. (출처:관련논문 Published: 01 January 2025 Brain-wide cell-type-specific transcriptomic signatures of healthy ageing in mice)

시상하부의 노화 핫스팟

시상하부 제3뇌실에 인접한 뇌의 특정 위치에서 이 두 가지 효과가 동시에 발생하기도 했다. 제3뇌실은 뇌척수액이 흐르고 시상하부와 신체 사이에서 호르몬과 영양분을 교환하는 중요한 파이프라인이다. 따라서 노화된 뇌에는 신경 세포가 특히 빨리 마모되는 노화 핫스팟이 있다.

연구진은 이 스크립트를 사용하여 영양분과 에너지 대사에 중요한 띠뇌실막세포, 뇌실막세포, 뉴런 등 유전자 활동이 크게 변경된 세포 유형도 발견했다. Jin과 그녀의 동료들은 뇌 노화가 식이 요법 및 수면과 같은 기타 생활 방식 요인과도 관련이 있을 수 있다고 결론지었다. 이전 연구에서는 또한 균형 잡힌 식단, 간헐적 단식 또는 칼로리 제한이 뇌의 노화 과정을 늦출 수 있다고 제안했다.

노화에 대한 새로운 치료법에 대한 희망

Hodes는 “이러한 결과는 어떤 뇌세포가 노화로 인해 가장 큰 영향을 받을 수 있는지에 대한 매우 상세한 지도를 제공한다”고 말했다. “이 새로운 지도는 노화가 뇌에 어떤 영향을 미치는지에 대해 과학자들이 생각하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있으며, 노화 관련 뇌 질환에 대한 새로운 치료법을 개발하기 위한 지침도 제공한다.”

특히 시상하부의 노화 핫스팟은 이제 후속 연구에서 더 자세히 조사될 것이다. 어떤 세포 유형을 특별히 치료해야 하는지에 대한 지식과 함께, 이는 노화 과정을 지연시키고, 신경 세포의 기능을 보존하며, 알츠하이머병 등을 예방하는 신약 및 영양 전략의 개발로 이어질 수 있다. 따라서 이 지식은 노년기에도 뇌 건강을 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
(Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-024-08350-8)
출처: Allen Institute, NIH

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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