편집 : 2018-04-22 09:50:00
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통증을 조절하는 뇌의 특정 단백질과 메커니즘 최초 발견

- 통증 조절 진통제 개발 가능성 기대

 

지속적인 통증을 뇌 속의 칼슘의존성 음이온 채널(아녹타민-2)이 인지하고 조절하는 통증 조절 메커니즘을 국내 연구진이 최초로 규명했다. 

통증은 위험으로부터 몸을 보호하기 위해 반드시 필요한 감각이지만, 과도한 통증 반응이나 제어 불가능한 통증은 일상생활에 지장을 주는 불편한 감각이 될 수 있다.

제어가 힘든 지속적 통증이나 신경병성 통증 등에 대해 마약성 진통제 외에는 효과적인 치료법이 뚜렷하게 없으며, 건강보험공단 통계자료에 의하면 2010년 만성 통증 환자가 220만명을 넘은 것으로 나타났다.  

빨리 치료하지 않으면 통증을 유발하지 않는 자극에도 통증을 느끼게 되는 악성 통증으로 발전할 가능성이 있다. 하지만 아직 정확한 만성 통증의 원인이 밝혀지지 않았다. 그러므로 통증을 조절할 수 있는 메커니즘을 밝혀내어 실질적으로 적용할 수 있는 방법의 개발 필요성이 대두되어 왔다. 

정은지 교수(교신저자, 연세대), 하고은 박사과정 (제1저자, 연세대), 이재광 박사(공동 제1저자, 한국산업기술진흥원)  연구팀은 시상신경세포(뇌시상에서 대뇌피질로 감각 정보를 전달하는 신경세포 )가 감각정보를 지속적으로 전달하는 것을 억제하는 음이온채널의 존재와 그 메커니즘을 최초로 밝혔다.

중추신경계인 뇌에서 칼슘 의존성 음이온채널의 발현이나 기능이 기존 연구에서는 거의 알려져 있지 않았으나, 이 연구를 통해 시상신경세포 신경 세포가 지나치게 활성화 되면 칼슘 의존성 음이온채널인 아녹타민(Anoctamin)-2(ANO2)가 열리면서 활성을 억제하고, 시상신경세포가 과도하게 활성화되면 ANO2채널이 감각정보 전달을 효과적으로 줄여준다는 것을 최초로 밝힌 것이다.


(그림 1) 시상신경세포의 칼슘의존성 음이온채널에 의한 신호 전달 억제 현상
노란색으로 표시된 부분은 생쥐뇌의 시상 내 시상 전달핵위 위치를 표시한 것이다. 이 부분에 있는 시상신경세포에서 발현되는 칼슘의존성 음이온 채널(CACC)인 ANO2가 활성화되어 음이온이 안으로 들어오면 막전압 분극이 더 커지면서 신호자가억제(spike frequency adaptation)가 일어나기 된다. 이러한 음이온의 발현을 저해했을 경우에는 신호자가억제가 일어나지 않아 시상신경세포의 신호가 지속적으로 전달되게 된다.

정상적인 시상신경세포에서는 지속적으로 신경 세포를 활성화시켰을 때 신호자가조절(spike-frequency adaptation)현상이 나타난다. 하지만 ANO2의 발현을 억제한 시상신경세포에서는 이러한 신호자가조절이 없어져 전기신호를 지속적으로 보내는 것을 관찰하였다. 이는 ANO2가 신경 세포의 지속적 활성화를 억제하는데 관여함을 의미한다. 

동물 실험에서는 ANO2 발현이 억제된 생쥐의 경우 정상 생쥐에 비하여 통증 반응이 지속적이고 빈번하게 나타난다. 따라서 ANO2 발현 억제에 의하여 발생하는 신경 세포의 과활성화가 대뇌 피질로 감각 정보를 과하게 전달하여 통증이 지속되도록 하는 효과를 유도함을 밝혀냈다.

ANO2 발현 억제에 의하여 발생하는 신경 세포의 과활성화가 대뇌 피질로 감각 정보를 과하게 전달하여 통증 반응이 지속되도록 하는 효과를 유도함을 밝혔다.


결론적으로 ANO2 채널은 시상신경세포의 정상적인 신호 전달은 방해하지 않고 지속적이고 과도한 신호 전달만을 효과적으로 억제한다는 점을 밝혀냈다. 이는 정상 감각정보 전달은 방해하지 않으면서 지속적 통증과 같은 과도한 신호전달만 효과적으로 조절할 수 있음을 시사한다.


이 연구를 통해 그 동안 알려져 있지 않았던 칼슘-의존성 음이온 채널이 중추신경계의 신경세포 신호 전달을 조절하는 새로운 메커니즘을 밝혔다. 

ANO2채널의 작용을 조절함으로써 시상신경세포의 과도한 활성화뿐만 아니라 지속적 통증에 의한 행동 반응을 조절할 수 있음을 밝혔다. 아직 ANO2채널에 대한 연구가 다양하게 이루어지지 않았으며, 이를 특이적으로 활성화 혹은 비활성화 시키는 약물들의 개발도 이루어지지 않고 있다. 따라서 ANO2 채널에 작용하는 약물의 스크리닝을 통하여 통증을 조절하는 약물의 개발에 대한 가능성을 확인하였다. 


(그림 2) 시상신경세포의 ANO2 발현 억제에 따른 통증의 증가와 통증반응의 양상 변화
a. 생쥐의 시상에 AAV-Scr을 주입한 대조군과 ANO2채널 발현을 저해하는 AAV-shANO2를 주입한 후 3주뒤 통증 반응 행동 실험을 실시하였다.
b. 통증 반응 실험은 복강내로 아세트산을 주입하여 지속적 복통 반응을 관찰하였다.
c. 복통반응을 막대로 표시하였을 때 대조군(AAV-Scr)의 경우 통증 반응을 가장 활발하게 보이는 구간에서도 통증반응이 지속되다 멈추다 하는 양상 (pain on-off)이 보이지만, AAV-shANO2를 주입한 생쥐는 이러한 양상 없이 지속적으로 통증 반응을 보이는 것을 알 수 있다.
d. 통증 반응을 시간별로 정량한 결과, AAV-shANO2을 주입한 생쥐가 통증 반응을 통계적으로 유의미하게 많이 하였음을 알 수 있다. 


진통제의 세계시장 규모는 2015년 약 1000억 달러를 돌파한 것으로 알려져 있다. 아직도 극심한 통증에는 마약성 진통제가 사용되고 있으며 마약성진통제는 내성이 생기는 부작용이 있다. 이 연구는 기존의 진통제가 효과가 없는 지속적이고 극심한 통증을 제어할 수 있는 단초를 제공하여 새로운 타입의 진통제 개발의 가능성을 보여준다. 

시상신경세포뿐 아니라 해마신경세포에서도 ANO2채널이 발현됨을 밝혀 해마신경세포의 기능에 미치는 영향에 대한 향후 연구에도 거는 기대가 크다.

 

정은지 교수는 “이 연구는 뇌의 정상적인 감각 정보전달을 저해하지 않으면서 지속적이고 과도한 활성에 의한 통증 정보 전달을 차단하는 메커니즘을 밝힌 것이다. 기존의 통증 치료가 효과가 없던 지속적 통증의 조절을 위한 초석이 될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편 정은지 교수 연구팀(연세대)은 미래창조과학부, 한국연구재단 기초연구사업(개인연구), 원천기술개발사업(나노소재기술개발사업), 교육부 BK21플러스사업, 산업통상자원부 국제공동기술개발사업의 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 12월 19일자에 게재되었다.
 

안병춘 기자 이기자의 다른뉴스보기[2017년01월12일 14시22분]
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