“운동하면 뇌가 늙지 않는다” 서울대 한호재 교수팀, 운동이 뇌 노화 막는 분자 원리 규명
운동 시 분비 촉진되는 Apelin-13, 뇌신경 세포 노화 신호 차단 및 인지기능 개선
일부 결과가 정확하지 않을 수 있습니다
서울대학교 수의과대학 한호재 교수팀이 운동이 뇌 노화를 막는 분자 원리를 규명했다. 운동할 때 체내에서 분비가 촉진되는 생리 활성 마이오카인(Myokine)인 ‘Apelin-13’이 뇌 신경 세포의 노화 신호를 차단하고 인지기능을 획기적으로 개선하는 세부 경로를 밝혀냈다.
이번 연구 결과는 Nature Portfolio 소속 국제학술지인 Cell Death & Disease에 최근 게재됐다(Apelin-13 prevents GATA4-mediated neuronal senescence by restoring autophagy through mTORC1 inhibition).
운동이 뇌 건강과 기억력 유지에 긍정적인 영향을 미친다는 사실은 널리 알려져 있으나, 이를 매개하는 분자 수준의 상세한 기전은 그동안 명확히 밝혀져 있지 않았다. 한호재 교수팀의 이번 연구 성과는 운동의 이점을 재확인하는 수준을 넘어 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌질환 예방은 물론, 운동이 불가능한 환자를 위한 ‘운동 효과 모방 치료제’ 개발에 결정적인 발판이 될 것으로 보인다.
뇌 노화 연쇄 반응(Paracrine Senescence) 때문에…“늙은 세포가 주변까지 감염”
나이가 들거나 스트레스를 받은 뇌 신경세포는 단순히 기능이 저하되는 데 그치지 않고, 전염증성 사이토카인(IL-1β, IL-6, IL-8 등)으로 구성된 노화 관련 분비인자(SASPs)를 분비하여 주변의 건강한 정상세포까지 노화시키는 ‘노화 연쇄 반응(Paracrine Senescence)’을 일으킨다.
연구팀은 갈락토스(D-galactose)로 뇌 노화를 유도한 환경에서 GATA4 단백질이 축적되어 SASPs 분비를 폭발적으로 증가시킨다는 점을 확인했다. 운동 후 분비되는 Apelin-13은 세포 내 쓰레기 처리장인 자가포식(Autophagy) 시스템을 재가동시킴으로써, 축적된 GATA4를 분해·제거했다. 이로써 노화 신호가 주변 신경세포로 확산하는 연쇄 고리를 근본적으로 차단하는 데 성공했다. Apelin-13이 GATA4를 효과적으로 제거하여 주변 세포로 노화가 전이되는 파라크라인 노화 현상(노화 연쇄 반응)을 차단한다는 것을 증명한 것이다.
이는 Apelin-13이 노화 관련 인지 장애를 예방하고 치료할 수 있는 새로운 치료 후보물질이 될 수 있음을 시사한다.
세포 죽이지 않고 정상화하는 뇌 노화 연구모델로 특허 출원
특히, 연구진은 새로운 뇌 노화 접근법을 사용했다. 노화된 신경세포를 죽이지 않고 자가포식과 리소좀 기능을 정상 회복시켜 건강한 상태로 돌려놓는 ‘세노모픽(Senomorphic)’ 제어전략이다.
기존의 뇌 노화 치료접근법(세놀리틱, Senolytic)은 노화된 세포 자체를 사멸시키는 방식이 많았으나, 재생 능력이 극히 제한된 뇌 신경세포를 사멸시킬 경우 뇌 손상을 초래할 위험이 있었다.
연구팀은 세포를 죽이는 세놀리틱 대신 ‘정상화’ 시키는 세노모픽(Senomorphic) 전략에 대한 특허를 출원했다.
동물 및 인간 줄기세포 모델에서 교차검증
연구팀은 인간 신경세포주(SH-SY5Y), 인간 유도만능줄기세포 유래 신경세포(iPSC-NDs), 그리고 노화 생쥐 모델을 대상으로 교차검증을 수행했다.
그 결과, 해마 신경세포 노화가 현저히 감소하고 뇌 내 염증 반응이 억제됐으며, 인지·기능적 행동이 대폭 개선됨을 확인했다.
이번 논문의 제1저자인 서울대 수의대 한수종 연구원은 “운동은 신체 건강뿐만 아니라 기억, 학습을 비롯한 정신건강에도 도움이 된다는 것은 모두 알고 있는 사실이지만, 과학적인 원리는 아직 밝혀지지 않았다”며 “운동시 증가하는 마이오카인 중 Apelin-13 효과와 작용 경로를 입체적으로 검증하여 노화 예방에 Apelin-13의 중요성 및 치료제 개발을 위한 기반 자료를 제공했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
서울대 수의대 한호재 교수(교신저자)는 “운동이 뇌를 왜, 어떻게 젊게 유지하는지 분자 수준에서 명확히 설명해 낸 연구”라며 “Apelin-13이 세포 내 청소 체계(자가포식)를 작동시켜 뇌 노화의 주범인 GATA4 단백질과 염증 유발 신호를 제거한다는 핵심 원리를 밝혀냈다”고 설명했다.
이어 “이번 성과는 신체적 제약으로 직접 운동하기 어려운 고령자나 퇴행성 뇌질환 환자들에게 ‘운동 효과를 모방한 뇌 노화치료제(Exercise-mimetic therapy for brain aging)’를 제공할 수 있는 중요한 의학적 발판이 될 것”이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 수행됐다.
