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스포츠 경기장이나 공연장, 영화관 등에서 사용하는 조명은 일반적으로 사용하는 조명보다 훨씬 밝다. 그러면서도 자연스럽게 퍼지는 경향이 있다. 이런 조명들에는 '제논(Xe)'이라는 기체가 사용된다. 대기 중에 매우 미세한 농도로 존재하는 무색 무취의 기체로, 대형 공간의 조명, 카메라, 플래시, 방사선 치료 등에 사용된다.

이 제논 가스를 흡입하면 알츠하이머로 인한 증상을 완화하거나 치료할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 쥐 실험을 통해 검증한 결과, 신경계에 발생한 염증을 억제하고, 뇌 위축을 줄이며, 신경 보호 상태를 증가시킨다는 것을 확인한 것이다.

 

혈뇌장벽 통과하는 제논 가스

알츠하이머를 비롯해 뇌와 신경계에 발생하는 문제를 치료할 때는 항상 ‘혈뇌장벽(Blood-Brain Barrier, BBB)’을 통과하는 것이 관건이다. 혈뇌장벽은 뇌를 보호하는 중요한 관문으로, 일정 크기 이상의 입자나 유해 물질을 원천적으로 차단한다. 혈뇌장벽을 통과하기 위해서는 그보다 작은 분자로 이루어진 물질 또는 특정 성질을 띤 물질이어야 한다.

이밖에도 물리화학적 성질이나 전달 메커니즘 등 약물 설계 과정에서 고려해야 할 변수가 많다. 이로 인해 뇌와 신경계에 작용하는 약물을 개발하는 것이 지극히 어렵다. 알츠하이머 증상이 뇌에 축적되는 아밀로이드 플라크와 타우 단백질의 엉킴으로 발생한다는 것을 확인한 뒤에도 치료제 개발이 오래 걸리는 이유이기도 하다.

이에 대해 미국 워싱턴 대학 의대와 매스 제너럴 브리검(Mass General Brigham)에서는 기존과는 달리 ‘제논 가스’를 직접 흡입하는 방법을 제시했다. 제논 가스가 혈뇌장벽을 통과할 수 있으며, 실질적으로 뇌에 이로운 효과를 낼 수 있다는 것이다.

 

뇌 위축 완화, 염증 감소 효과

제논 가스는 대기 중에 약 0.0000087%의 미세한 농도로 존재하는 기체다. 헬륨이나 네온, 아르곤과 같은 비활성 기체(noble gas)의 일종으로, 그 중에서 원자량이 가장 높은 기체이기도 하다. 비활성 기체들은 일반적으로 다른 원자와 반응하지 않지만, 제논의 경우 특정 조건에서 반응해 화합물을 만든다.

연구팀은 제논 가스의 이런 독특한 성질이 뇌 신경계에 이로운 작용을 할 수 있다는 가능성을 확인했다. 알츠하이머가 유발된 쥐 모델에게 제논 가스를 흡입하게 한 결과, 혈뇌장벽을 통과해 뇌를 둘러싼 체액으로 직접 전달됐다. 관찰 결과 뇌 위축과 신경계 염증이 감소하는 모습을 보였으며, 뇌의 주요 면역세포인 ‘소교세포(microglia)’가 더 활발하게 반응하도록 만들었다.

제논 가스가 뇌에 영향을 미치는 구체적인 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다. 다만, 제논 가스를 직접적으로 흡입한 뒤 신경 세포 사멸이 줄어들고 염증 반응이 억제되는 현상이 나타났으므로, 이를 중심으로 한 상호작용을 연구하게 될 것으로 보인다.

 

올해 임상시험 시작, 자원 효율성도 검토

브리검 앤 위민스 병원에서는 인간을 대상으로 제논 가스의 효능을 검증하는 임상시험을 실시할 예정이다. 임상 1상시험은 별다른 증상이 없는 건강한 지원자들만을 모집해 실시할 예정이며, 올해 초 안으로 시작할 예정이다.

1상시험에서는 제논 가스의 안전성, 그리고 적정 복용량(흡입량)을 확립하는 데 주 목적을 두고 있다. 이에 따라 연구팀은 제논 가스가 효과를 나타내는 메커니즘에 중점을 두겠다는 계획이다. 

쥐 모델 실험으로 확인한 잠재력으로 볼 때, 제논 가스는 알츠하이머 외에도 다발성 경화증, 근위축성 측색 경화증, 안구 질환 등 신경 세포 손상과 관련된 다른 질환에도 효능이 있을 것으로 기대되고 있다. 

한편, 연구팀은 제논 가스가 대기 중에 매우 희박하게 존재한다는 특성을 고려해, 제논 가스를 보다 효율적으로 사용하는 방법, 그리고 재활용할 수 있는 기술에 대해서도 함께 고민하고 있다고 전했다.

평균 20여 년에 걸친 뇌 변화를 추적한 결과, 경도 인지장애(Mild Cognitive Impairment, MCI) 발생 위험 요인이 발견됐다. 이번 연구는 1995년 당시 평균 55세에 인지 기능이 정상이었던 185명을 대상으로 2023년까지 추적 관찰한 결과다. 1995년 미국 국립보건원(NIH)에서 시작돼, 2015년부터는 존스홉킨스 대학에서 이어받아 연구를 진행했다.

 

인지장애, 백질 크기와 뇌실 부피 중요

「JAMA Network Open」에 최근 게재된 연구에 따르면 ‘백질 수축률’과 ‘뇌실 확장률’이 높을 경우 MCI의 조기 발병에 영향을 미쳤다. 백질 수축의 경우 86% 더 높은 위험을 보였고, 뇌실 확장은 71% 더 높은 위험을 나타냈다.

뇌의 백질은 뇌 외부에 위치해 있다. 주로 신경섬유로 구성돼 있으며, 정보 전달 및 처리에 중요한 역할을 한다. 신경 신호의 전도를 빠르게 하고, 기억이나 학습, 문제해결 등의 인지 기능을 지원한다. 즉, 백질이 수축할 경우 신경 신호의 전달이 떨어지므로 인지 기능에 영향을 미칠 수 있다.

한편, 뇌실은 뇌의 안쪽에 뇌척수액(CSF)이 채워진 공간을 말한다. 뇌를 물리적 충격으로부터 보호하고, 영양을 공급하며 노폐물을 제거하는 등의 역할을 한다. 하지만 뇌의 공간은 한정적이기 때문에, 뇌실의 부피가 증가한다는 것은 뇌가 손상되거나 축소된다는 것을 의미한다. 뇌실 확장은 신경세포 손상, 백질 감소와 연관이 있기 때문에 인지 기능 저하와 연관된다.

백질 수축과 뇌실 확장은 별개의 개념이 아닌 하나의 과정으로 묶을 수 있다. 백질 크기가 줄어들면 그 빈공간 만큼 뇌실이 확장되기 때문이다. 노화나 퇴행성 질환으로 신경세포가 손상되거나, 신경 섬유의 미엘린 수초가 손상되는 경우, 혹은 혈관 문제로 뇌에 공급되는 혈류가 감소할 경우 백질 수축과 그로 인한 뇌실 확장을 유발할 수 있다.

 

뇌실 확장을 유발하는 다른 이유들

한편, 뇌실은 다른 원인에 의해서도 확장될 수 있다. 백질 외의 다른 부위에서 손실이 발생했을 때, 또는 뇌척수액의 양이 증가했을 때 뇌실의 부피가 늘어난다. 감염 또는 염증 등이 발생했을 때 면역 반응에 따라 뇌척수액이 증가할 수 있으며, 뇌혈관 손상으로 뇌척수액 흡수가 원활하지 않게 되면서 양이 늘어나는 경우도 있다. 

지주막하 뇌출혈 등으로 인한 혈액 유입 역시 뇌척수액의 주된 원인 중 하나다. 뇌는 혈액 공급이 매우 풍부한 기관이다. 따라서 지주막하 뇌출혈이 발생할 경우, 많은 양의 혈액이 지주막하 공간에 유입되면서 뇌척수액의 양을 급격하게 증가시킬 수 있다. 

뇌척수액의 양이 늘어나면 이를 수용하기 위해 뇌실의 부피가 늘어난다. 하지만 여기에도 한계가 있기 때문에, 결과적으로는 뇌압이 상승하면서 뇌 전체를 압박하기 때문에 더 큰 후속증상을 일으킬 수 있다.

 

뇌척수액 속 아밀로이드 단백질 비율

한편, 당뇨를 앓고 있는 경우 MCI로 진행될 위험이 평균 41% 더 높은 것으로 나타났다. 당뇨로 인한 고혈당 상태가 유지될 경우, 뇌에 독성을 미쳐 신경세포 손상을 유발할 수 있다. 또한, 인슐린 투여 및 당뇨 증상 완화 치료 등으로 인해 저혈당이 발생하면, 뇌에서 필요로 하는 에너지원이 부족해지므로 인지기능 저하를 초래할 수 있다.

이외에 당뇨는 체내 만성 염증 상태를 유발해 뇌에 영향을 미칠 수도 있으며, 신경 섬유를 손상시켜 백질이 축소됐을 때와 유사한 악영향을 미칠 수 있다. 당뇨 자체가 아밀로이드 베타 펩타이드(Aβ)의 축적을 촉진할 수도 있다.

또한, 뇌척수액에 포함된 아밀로이드 베타 펩타이드(Aβ)의 비율도 중요하다. Aβ는 알츠하이머 유발과 관련된 단백질로 알려져 있으며, 주로 Aβ 42와 Aβ 40 두 가지 형태로 존재한다. 이 둘의 비율은 알츠하이머의 발병 여부를 판단하는 지표 역할을 한다. 

즉, Aβ 42와 Aβ 40의 비율이 적정 수준 이상을 유지해야만 뇌 건강 및 정상 인지 기능이 유지되고 있는 것으로 본다. 이번 연구에 따르면 Aβ 42와 Aβ 40의 비율이 정상치보다 낮을 경우 MCI 발병 위험이 48% 더 높은 것으로 나타났다.

‘Aβ 42와 Aβ 40의 비율이 낮다’는 것은 Aβ 42의 양이 상대적으로 많거나, Aβ 40의 양이 상대적으로 적다는 것을 의미한다. 이는 Aβ 42 축적이 증가하고 있음을 나타낸다. Aβ 42는 보다 더 긴 사슬 구조를 가지고 있어, 아밀로이드 플라크를 형성하는 경향이 더 높다. 즉, 인지장애 및 알츠하이머를 유발할 위험이 크다는 것이다.

 

인지장애를 유발하는 다양한 지표들

정리하자면 이렇다. 뇌의 백질 수축이 발생할 경우 정상에 비해 MCI 발생 위험이 86% 더 높고, 뇌실 부피 확장이 발생할 경우 71% 더 높다. 당뇨를 앓고 있을 경우 평균 41% 더 높고, 뇌척수액 속 Aβ 42와 Aβ 40 비율이 정상치보다 낮을 경우 48% 더 높은 위험도를 가진다. 당뇨와 Aβ 비율 비정상이 모두 발생했을 경우의 MCI 발생 위험도는 55%로 나타났다.

이는 인지장애 및 퇴행생 뇌질환을 예상할 수 있는 지표가 더욱 다양화되었음을 보여준다. 예방을 위해 어느 포인트에 집중해야 하는지, 어떤 전략을 수립해야 하는지 그 방향성을 제시하는 데도 도움이 될 것이다. 알츠하이머를 비롯한 치매는 일단 발병하면 되돌릴 수 없다. 따라서 그 전단계에 해당하는 MCI부터 예방하거나 발병을 최대한 지연시키기 위한 관리가 필요하다.

이번 장기 연구는 평균 20여 년, 최대 27년 동안의 뇌 변화 과정을 담아내고 있다. 위의 다양한 요소들이 서로 어떻게 영향을 주고받는지, 그리고 뇌에 구체적으로 어떤 문제를 일으키는지를 깊이 있게 이해하는 데 좋은 자료가 될 것이다.

치매의 대부분을 차지하는 알츠하이머는 대표적인 ‘특발성 질환’이다. 이는 정확한 원인이 밝혀지지 않은 질환을 의미한다. 다만, 기존까지는 알츠하이머를 유발하는 주요 원인으로 ‘아밀로이드 베타(Amyloid-β)’라는 이름의 단백질이 지목돼 왔다. 아밀로이드 베타 단백질이 뇌에 축적됨으로써 인지 기능이 떨어진다는 이론이다.

하지만 이에 완전히 반대되는 연구결과가 새롭게 등장했다. 미국 신시내티 대학의 연구팀은 오히려 ‘뇌에서 아밀로이드 베타 단백질이 줄어드는 것이 인지 저하의 원인이다’라는 내용을 발표했다. 이들은 뇌 단백질의 양을 증가시키는 것이 오히려 대응 방안이라고 이야기했다. 기존 통용되는 이론과 완전히 반대되는 내용이다.

 

플라크 쌓여도 발병하지 않는 경우 많아

신시내티 의과대학의 신경학 분야 교수인 알베르토 J. 에스페이 박사는 미국 건강/의학 전문 미디어 ‘메디컬뉴스 투데이’를 통해 “아밀로이드 베타 단백질이 축적돼 플라크가 형성된 사람들 중 대부분이 알츠하이머에 걸리지 않는다”라고 이야기했다. 그러면서 그는 아밀로이드 베타 플라크가 생긴 사람 중 5분의 1 정도만이 알츠하이머에 걸린다는 통계를 제시했다.

에스페이 박사는 “아밀로이드 베타 단백질이 축적돼 있음에도 인지 기능이 정상적일 수 있는 이유는, 그 사람들이 충분한 Aβ42 단백질을 생산해내고 있기 때문”이라고 설명했다. Aβ42 단백질은 아밀로이드 베타 단백질의 일종으로, 뇌를 방어하는 과정에서 생성돼 그 양이 많아질 경우 플라크를 형성한다.

 

새로운 치료법이 Aβ42 단백질 수치 증가시켜

에스페이 박사의 연구팀은 알츠하이머 치료를 위해 승인된 24종의 임상시험으로부터 무작위로 26,000명의 데이터를 확보하여 분석했다. 연구팀은 새롭게 시험 중인 치료법이 의도치 않게 뇌의 Aβ42 단백질 수준을 증가시키고 있다는 점에 주목했다. 

에스페이 박사는 “Aβ42 단백질은 다양한 독성 및 감염 노출로부터 뇌를 방어하는 과정에서 생성된다”라며, “이 과정에서 Aβ42 단백질은 아밀로이드 플라크로 변형되며 기능을 멈춘다. 즉, 플라크는 Aβ42 단백질의 무덤인 셈”이라고 설명했다.

연구팀은 특정 단백질이나 세포를 표적으로 삼는 ‘단클론 항체 치료’를 통해 아밀로이드 플라크 감소 및 Aβ42 단백질 증가가 인지 기능의 변화와 연관이 있는지를 확인하고자 했다. 이를 위해 단클론 항체 치료 결과로부터 데이터를 수집해 분석을 진행했다.

 

Aβ42 단백질 수치가 높을수록 인지 기능 잘 유지돼

연구 데이터를 분석한 결과, 단클론 항체 치료를 시행한 후 Aβ42 단백질 농도가 높은 경우, 인지 저하 속도, 임상적 퇴화 속도가 더 느리게 나타난다는 것을 발견했다. 다만 Aβ42 단백질 농도와 인지 저하 사이의 직접적인 인과관계가 증명되지는 않았다.

이 결과에 대해 에스페이 박사는 “별로 놀랍지 않았다”라고 답했다. 그는 “이전 연구를 통해 뇌 척수액의 Aβ42 농도가 일정 수치 이상일 경우, 아밀로이드 플라크가 얼마나 많이 축적돼 있든 상관 없이 인지 기능이 정상이었음을 확인했다”라고 이야기했다.

즉, 흔히 알려진 아밀로이드 베타 단백질의 ‘축적’이 아니라, Aβ42 단백질의 ‘감소’가 알츠하이머의 핵심 기전이라는 것이 에스페이 박사의 설명이다. 그는 “향후 약물은 Aβ42 단백질을 직접 증가시키는 데 초점을 맞춰야 한다”라며 “우리는 Aβ42 단백질을 증가시킬 수 있는 치료법을 평가하고 있다”라고 덧붙였다.

 

아밀로이드 축적 외의 원인도 함께 고려해야

노년 정신과 전문의이자 신경과학자인 퍼시픽 브레인 헬스 센터의 다비드 메릴 박사는 에스페이 박사 연구팀이 내놓은 결과에 대해 “Aβ42의 증가가 새로운 치료제가 긍정적인 효과를 설명할 수 있다”라는 의견을 내놓았다. 그러면서 그는 “아밀로이드 베타 단백질 이상의 요인까지를 살펴보는 것이 더 중요하다”라고 덧붙였다.

메랄 박사는 “수많은 연구 결과 덕분에, 우리는 최소 14개의 요인이 알츠하이머 유발에 관여한다는 사실을 알게 됐다”라며 “이들 요인에 변화를 주었을 때, 아밀로이드 베타 및 Aβ42 단백질 수치가 어떻게 변하는지를 연구할 필요가 있다”라고 이야기했다.

 

기존 이론과 정반대의 주장

이는 알츠하이머가 아밀로이드 베타 플라크로 인해 발생한다는 기존 이론과 완전히 반대되는 주장이다. 해당 분야의 전문가들 중 아밀로이드 베타 이론을 정설로 받아들이고 있었던 사람들의 입장에서는 상당히 충격적일 수 있는 내용이다. 

아직까지 이 내용은 신경과학 분야 전문가들 사이에서 정식으로 논의된 바가 없다. 하지만 알츠하이머에 대해 기존까지 접근하던 방향이 옳은 것인지를 재검토해볼 계기를 마련해줄 수 있을 것으로 보인다.

알츠하이머병에 대한 연구가 진행되면서 육류, 가공식품, 자동차 오염 물질 등 알츠하이머병을 초래하는 요인들이 속속 밝혀지고 있으며 최근 또 하나의 요인이 추가됐다. 특히 새로 밝혀진 요인은 알츠하이머병이 인간과 인간 사이에 퍼질 수 있다는 것을 시사하며 충격을 주고 있다.

 

알츠하이머병은 인지 기능의 저하를 특징으로 하는 퇴행성의 뇌 질환이며 치매 중 가장 흔한 유형이며 2022년 기준 전 세계의 5500만명 이상이 알츠하이머로 인하여 고통받고 있다.

 

알츠하이머병이란 뇌의 신경 세포가 시간 흐름과 함께 죽어가는 질환을 통틀어 지칭하며, 이 병에 걸린 환자의 대뇌 피질은 뇌 표면에서부터 안쪽에 걸쳐 위축이 진행되며 뇌가 쪼그라든다. 특히 뇌의 앞쪽과 옆쪽에서 이러한 현상이 뚜렷하게 나타난다.

 

캐나다 브리티시 컬럼비아대의 연구진은 인간에게 유전되는 알츠하이머병, 특히 아밀로이드 플라크를 합성하는 유전자를 갖도록 쥐를 사육한 후, 쥐의 골수에서 줄기세포를 추출해 건강한 쥐에게 주입하는 실험을 행했다.

 

이러한 연구 결과 아밀로이드 플라크를 합성하는 유전자를 갖도록 사육된 쥐는 9개월 만에 인지 저하 징후가 나타났으나 알츠하이머병을 가진 줄기세포를 주입받은 쥐는 6개월 만에 인지 저하 징후를 보였다. 일반적으로 알츠하이머병에 걸리기 쉬운 쥐가 생후 11~12개월쯤에 증상을 보이는 것과 비교하면 징후의 발현 시기가 급속도로 빨라진 것이다. 또 줄기세포를 주입받은 쥐는 알츠하이머병의 전형적인 특징인 섬유질 침전물인 아밀로이드 플라크의 축적과 같은 뇌의 변화도 보였다.

 

이러한 결과는 인하여 혈액이나 장기 등의 기증이 이루어지기 전 기증자에 대한 알츠하이머 질병 검사가 필요할 수도 있다는 것을 뜻하며 건강한 사람이라도 전염될 수 있다는 가능성을 제시한다.

 

이번 실험을 토대로 알츠하이머는 그저 유전성이라는 기존의 인식이 뒤바뀌게 될 것으로 보인다.

 

연구진들이 진행한 쥐와 줄기세포를 통한 실험으로 건강한 사람에게도 전염될 수 있다는 것을 확인했고 단 9개월 만에 정상 쥐들의 뇌에서 인지 기능 저하와 아밀로이드 플라크 축적과 같은 알츠하이머병의 전형적인 징후가 나타난 것으로 "알츠하이머병 병리학의 기존 중심 교리, 즉 뇌에서 생성된 베타 아밀로이드(Aβ) 축적이 질병의 원인이라는 가설에서 벗어나는 계기가 될 것이며 이 연구는 뇌의 외부에서 생성된 Aβ가 질병 발병에 기여한다는 사실을 입증하게 되는 것이다"라고 연구팀은 말했다.

 

현재까지도 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고 아직 알츠하이머병은 정확한 발병의 원인과 치료법이 밝혀지지 않았다. 현재로서는 증상을 완화시키고 진행을 지연시킬 수 있는 약물이 한계인 정도이다.

 

연구자들은 생활 습관과 유전적 요인, 환경적인 요인 등이 이 병의 발병에 복합적으로 영향을 준다고 보고 있다.