알츠하이머병 발병기전 세분화, 새로운 진단 및 치료전략 제시

바이오나노학과 히마드리 샤르마 박사과정생, 니티 샤르마 교수, 김단영 연구원(사진 좌측부터)

가천대학교 바이오나노학과 연구팀이 알츠하이머병(AD)의 분자적 발병 경로를 새롭게 규명하고, 혈액 바이오마커를 활용한 비침습적 조기진단 가능성을 제시했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘Biomarker Research’(IF 11.5)와 ‘Alzheimer’s & Dementia‘(IF 13.1)에 최근 연속 게재됐다.

알츠하이머병은 전 세계적으로 고령자에게 가장 흔히 발생하는 신경퇴행성 질환으로, 개인과 사회 전반에 심각한 영향을 미친다. 발병에는 유전적 요인, 환경, 식습관 등 다양한 요소가 복합적으로 작용하지만, 아직까지 정확한 원인은 명확히 밝혀지지 않았다. 현재 진단은 뇌에 축적되는 아밀로이드 플라크와 타우 단백질 응집을 기반으로 하지만, 뇌척수액 채취나 PET 검사 등 침습적이고 비용을 많이 들어 일반 진료 현장에서는 활용이 어렵다.

가천대 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 20여 년간 활동해온 Alzheimer’s Disease All Markers(ADAM) 연구그룹과 함께 알츠하이머병의 병태생리를 분자 수준에서 분석했다. 연구팀은 대규모 단백체학 데이터를 토대로 알츠하이머병을 다섯 가지 분자적 아형(subtype)으로 구분하고, 각 아형의 병리기전과 관련된 혈액 바이오마커를 체계적으로 제시했다.

연구에 따르면 알츠하이머병은 ▲신경세포 과형성(1형) ▲선천면역 활성화(2형) ▲RNA 조절 이상(3형) ▲맥락총 기능저하(4형) ▲혈액-뇌 장벽 손상(5형) 등 다섯 가지 분자경로를 통해 발병할 수 있다. 이 중 1형은 신경세포 과활성과 시냅스 과잉반응이 초기 인지저하로 이어지는 형태로, 칼슘 신호 이상과 글루탐산 활성 변화가 주요 요인으로 작용한다. 2형은 미세아교세포의 과활성화로 인한 염증 반응이, 3형은 RNA 조절 장애로 인한 단백질 합성 및 세포기능 손상이 중심적 역할을 한다. 4형과 5형은 뇌 보호장벽의 구조적 손상과 기능 저하에 초점을 두며, 맥락총(choroid plexus) 기능이 저하되거나 혈액-뇌 장벽(BBB) 투과성이 증가해 염증 매개체와 독성 단백질이 뇌로 침투하는 과정을 보여준다.

이 가운데 ‘Biomarker Research’에 게재된 논문 ‘Bridging the barrier: insights into blood biomarkers and therapeutic strategies targeting choroid plexus and BBB dysfunction in Alzheimer’s disease‘는 4·5형 아형에 해당하는 맥락총 및 BBB 기능장애에 초점을 맞췄다. 연구팀은 혈액 바이오마커를 통해 BBB 투과성 증가와 면역반응 변화가 알츠하이머병의 진행에 어떤 영향을 미치는지를 규명하고, 뇌척수액 검사 없이도 질병의 조기진단이 가능하다는 비침습적 접근법을 제시했다.

’Alzheimer’s & Dementia‘에 게재된 ’Unveiling blood biomarkers for neuronal hyperplasticity: Insights from AD molecular subtyping, a comprehensive review‘에서는 1형 아형인 신경세포 과형성형의 분자적 특징을 다뤘다. 연구팀은 초기 피질과 해마의 과활성, 미세아교세포의 중등도 침범, 칼슘 신호 이상과 글루탐산 활성 변화가 신경세포 퇴행으로 이어지는 과정을 규명했다.

이번 연구는 가천대학교 대학중점연구소 바이오나노응용연구센터, 한국연구재단 기본연구, 해양수산부 해양수산과학기술진흥원, BK21 FOUR 사업단의 지원을 받아 수행됐다. 연구에는 바이오나노학과 니티 샤르마(Niti Sharma·인도) 교수가 제1저자로, 안성수 교수가 공동교신저자로 참여했으며, 히마드리 샤르마(Himadri Sharma·인도) 박사과정생, 김단영 연구원, 김문일 교수, 의학과 이현 교수(가천대 길병원 신경과)가 공동저자로 참여했다.

연구팀은 “혈액 기반 바이오마커는 침습적 검사의 한계를 극복하고, 환자별 병리기전에 맞춘 조기진단과 맞춤형 치료를 가능하게 한다”며 “이번 연구는 알츠하이머병의 복합적 발병 원인을 분자 수준에서 체계화하고 정밀의학 기반 치료로 확장할 수 있는 토대를 마련한 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 알츠하이머병의 발병기전을 세분화해 이해하고, 기존의 아밀로이드·타우 중심 치료 접근을 넘어 새로운 진단 및 치료전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다.