(좌측부터)뇌신경과학교실 한기훈 교수, 한국뇌연구원 이계주 박사, 기초과학연구원 시냅스뇌질환연구단 김은준 단장, 한국기초과학지원연구원 김진영, 정영애 박사 / 고려대 의과대학
고려대 의과대학 뇌신경과학교실 한기훈 교수 연구팀이 희귀 뇌발달질환인 ‘웨스트 증후군(West syndrome)’의 발작 양상이 변화하는 과정을 뇌세포 수준에서 세계 최초로 규명했다.
이번 연구는 한국뇌연구원 이계주 박사, 기초과학연구원(IBS) 시냅스뇌질환연구단 김은준 단장, 한국기초과학지원연구원(KBSI) 김진영·정영애 박사 등이 공동으로 참여해 국내 연구 협력의 성과를 보여줬다.
웨스트 증후군은 신생아 1만 명당 6명 미만에서 발생하는 희귀 질환으로 생후 1세 이전에 시작되는 ‘영아연축(Infantile spasm)’ 발작이 특징이다.
발달지연과 지적장애를 동반하는 난치성 질환으로, 초기 발작이 사라진 이후에도 다양한 형태의 발작이 재발하며 평생 신경학적 장애를 남기는 것으로 알려져 있다.
그동안 이러한 발작 양상의 변화가 구체적으로 어떤 신경생물학적 메커니즘을 통해 발생하는지에 대해서는 명확히 밝혀진 바가 없었다.
연구팀은 실제 환자에서 반복적으로 확인된 CYFIP2 유전자 점변이(p.Arg87Cys)를 가진 생쥐 모델을 이용해 생후 1주부터 7개월까지의 뇌 발달 및 발작 과정을 장기적으로 추적했다.
그 결과 생쥐는 생후 1주일 무렵 ‘영아연축’ 발작을 보이다가 잠시 증상이 사라졌으며 약 3개월간의 무증상기를 거쳐 생후 14주(사람의 성인기에 해당) 시점부터 새로운 형태의 자발적 발작이 다시 나타났다. 이후 생후 7개월까지 발작의 빈도와 강도가 점차 증가하는 양상을 보였다.
연구팀은 이러한 변화를 전사체, 단백체, 지질체 분석 등 다중오믹스(Multi-omics) 기법과 전자현미경을 활용한 세포 구조 분석을 통해 정밀히 추적했다.
분석 결과, 신경세포의 흥분성 시냅스 수와 구조가 변하며 수상돌기에 신호를 전달하는 전시냅스가 밀집되는 현상이 관찰됐다. 이는 발작이 단순히 전기적 신호 이상이 아닌 시냅스 구조의 리모델링과 연관된 복합적 생물학적 과정임을 시사한다.
또한, 뇌를 지탱하고 보호하는 아교세포(신경교세포)는 희소돌기아교세포 → 미세아교세포 → 별아교세포 순으로 단계적으로 활성화되는 과정이 확인됐다.
특히 별아교세포에서는 지질이 과도하게 축적되고 미토콘드리아의 형태가 변형되는 등 명확한 지질대사 이상이 관찰됐다. 이는 뇌세포 내 에너지 균형이 무너진 결과로, 발작 진행의 근본적인 원인 중 하나로 제시됐다.
한기훈 교수는 “국내 최고 수준의 연구기관들이 협력해 웨스트 증후군의 발작 양상 변화 과정을 분자 및 세포 수준에서 정밀하게 규명한 점에서 큰 의의가 있다”며 “질환 초기나 무증상기에 나타나는 특징을 조절함으로써 발작 양상의 변화를 억제하거나 이후 별아교세포의 지질대사 이상을 제어해 증상을 완화할 가능성을 확인했다”고 밝혔다.
이번 연구 결과는 생물학 분야 상위 10% 국제학술지인 PLOS Biology에
'Seizure evolution in a mouse model of West syndrome involves complex and time-dependent synapse remodeling, gliosis and alterations in lipid metabolism'
(웨스트 증후군 생쥐 모델에서의 발작 진화는 복잡하고 시간 의존적인 시냅스 리모델링, 신경교증 및 지질 대사의 변화를 수반한다)라는 제목으로 게재됐다.
이번 성과는 웨스트 증후군을 비롯한 난치성 뇌질환의 병리 메커니즘을 규명하고 향후 맞춤형 치료법 개발로 이어질 중요한 기초 연구 성과로 평가받고 있다.