노화에 따른 근력 저하의 원인 중 하나가뇌 신경계 노화에 있다는 연구 결과가 나왔다.

13일 한국연구재단에 따르면경북대학교 김상룡·이준영 교수 연구팀과 한국뇌연구원 김재광 박사 연구팀이뇌의 특정 운동 조절 신경계 노화를 억제하는 과정에서근육량과 운동 능력이 보존되는 효과를동물실험에서 확인했다.이는 뇌신경계 보호를 통한 근감소증 예방·치료제 개발 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

근감소증은 노년기 활동 제약과 삶의 질 저하로 이어지는 주요 문제다. 근육량과 근력이 줄면 낙상 위험이 커지고 대사 질환 등 다른 건강 문제에도 영향을 미친다. 기존 연구는 주로 근육 세포의 변화나 재생 능력에 주목해왔다.

하지만 움직임은 뇌의 운동 조절 시스템과 밀접하게 연관됐다. 중뇌 흑질에서 선조체로 도파민을 전달하는 '흑질-선조체 도파민 신경계'는 신체 운동을 제어하는핵심적인 역할을 한다. 이 신경계는 노화에 따라 기능이 저하되기 쉬우며, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환과도 관련이 깊다.

연구팀은 정상 노화 과정에서 이 신경계 기능 저하가 근육량 감소와 운동능력 저하로 이어질 수 있다는 가설을 세우고 연구를 진행했다. 이전까지는 이 둘 사이의 직접적인 인과관계를 명확히 밝힌 연구가 부족한 실정이었다. 연구팀은 이 신경계의 노화를 막으면 근감소증을 억제할 수 있을 것으로 예상했다.

연구팀은 20개월령 노령 생쥐의 뇌 흑질 부위를 분석했다. 그 결과, 도파민 신경세포 내에서 항노화 단백질 '시르투인3(SIRT3)'의 발현량이 3개월령생쥐보다 낮은 것을 확인했다. SIRT3은 세포 내 미토콘드리아 기능을 조절하고 노화를 지연시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 도파민 생성 관련 효소(TH, p-TH)의 발현 또한 노령 생쥐에서 감소한 상태였다.

이에 연구팀은 SIRT3 발현을 인위적으로 높여 뇌 신경계의 노화를 늦추는 실험을 설계했다. 유전자 치료 연구에 사용되는 '아데노-연관 바이러스(AAV)'를 전달체로 이용해, SIRT3 유전자를 노령 생쥐 흑질의 도파민 신경세포에 전달했다.

그 결과, SIRT3 유전자를 전달받은 생쥐의 뇌에서는 SIRT3 단백질 발현이 증가한 것이 포착됐다. 이와 함께 미토콘드리아 기능 관련 유전자 발현이 활성화되고, 세포 노화 지표 단백질(p16INK4a) 발현은 감소했다. 뇌 도파민 신경세포 수준에서 항노화 효과가 유도된 것이다. 도파민 합성 효소(TH)의 발현과 선조체 내 도파민(DA) 및 대사체(HVA) 수준 역시 젊은 생쥐와 비슷하게 유지되는 것이 확인됐다. 이는 쥐가뇌 신경계 기능을노화 여파에도상대적으로 건강하게 유지한 것으로풀이된다.

연구팀은 뇌 신경계 항노화 유도가 실제 신체 근육과 운동 능력에 미치는 영향을 평가했다. SIRT3 유전자를 전달받은 노령 생쥐 그룹, 일반 노령 생쥐 그룹, 젊은 생쥐 그룹을 대상으로 운동 능력 테스트와 근육량 분석을 장기간 진행했다.

회전 봉 버티기 실험과악력 테스트 결과, SIRT3 유전자를 전달받은 노령 생쥐 그룹은 일반 노령 생쥐 그룹보다 운동 능력 저하 정도가 완화된 것으로 나타났다. 노화가 진행됐음에도 상대적으로 높은 수준의 운동 능력을 유지한 것이다.

근육량 변화를 측정한 이중에너지 X선 흡수계측(DXA) 분석에서도 유의미한 차이가 관찰됐다. 일반 노령 생쥐는 젊은 생쥐보다 근육량(LBM)이 줄고 체지방량(FBM)은 증가하는 노화 양상을 보였다. 반면, 뇌에 SIRT3 유전자를 전달받은 노령 생쥐는 근육량 감소 수준이젊은 생쥐와 비슷한 수준을 유지했고, 체지방량도일반 노령 생쥐에 비해 감소폭이 적었다.

또한 골격근 조직 분석에서는 뇌 SIRT3 유전자 전달 그룹의 근육 내 노화 지표(p16INK4a) 증가세도 잦아들었다.신경과 근육을 연결하는 '신경근접합부'의 건강 상태를 보여주는 단백질 시냅토피신 수치가유지되는등 신경근접합부 보호 효과도 나타났다. 이는 뇌 도파민 신경계의 상태가 말초 근육의 노화 및 기능 유지와 연관되어 있음을 보여주는 결과로 해석된다.

연구팀은 이번 실험을 통해 뇌 부위 항노화 인자 발현 조절만으로 전신 운동 능력 유지와 근육량 보존 효과를 확인했다. 이번 결과가 노화성 운동장애 및 근감소증 예방·치료제 개발로 이어질 것으로 기대했다. 중추신경계를 보호해운동 능력과 근육량을 유지하는 전략이 노년기 삶의 질 향상과 건강 수명 연장에 기여할 수 있다는 설명이다.

다만 연구팀은 실용화를 위해서는 생쥐 연구 결과를 토대로 인간 대상의 안전성·유효성 검증 등을 수행해야 한다고밝혔다.또한 바이러스 벡터 유전자 전달 방식의 안전성과 정확성을 높이기 위한 기술 개선과, 뇌·신경·근육 간 상호작용 기전 연구가 필요하다고 덧붙였다.

김상룡 경북대 교수는 “노화에 따른 운동력 저하와 근감소증이 뇌-운동신경계 기능 저하에서 비롯될 수 있음을 시사하는 연구”라며 “신경계 보호에 기반한 항노화 치료제 개발의 기초를 마련한 것”이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘시그널 트랜스덕션 앤타깃티드 테라피(Signal Transduction and Targeted Therapy)’5월호에 게재됐다.

/ 육지훈 기자 editor@popsci.co.kr