尼康单反相机存储卡 [인사이드] 해부도에 없던 ‘뇌의 비밀 통로’ 찾았다...림프관 통한 뇌 질환 치료 꿈꾸는 과학자들 < Bio & Medicine < 기사본문

남성의 림프계 분포를 모사한 이미지. [사진=클립아트코리아] 

우리는 정말 우리 몸을 속속들이 알고 있을까? 여전히 인체해부도에 공백으로 남아 있는 미지의 영역은 없을까?

그 빈칸을 메우려 애쓰는 과학자들 가운데 한국 기초과학연구원(IBS) 혈관연구단 고규영 단장 연구팀이 있다. 이들은 영장류를 포함한 동물 실험에서 세계 최초로 얼굴 피부 아래 림프관 네트워크가 뇌척수액이 빠져나가는 주요 경로임을 확인하고, 물리적인 자극을 통해 뇌척수액 배출을 조절했다. 경로를 찾는 것에서 더 나아가 림프관을 의료적으로 활용하는 방법까지 제시한 것이다. 연구팀에 따르면 얼굴의 특정 부위를 미세하게 자극하면 림프관을 흐르는 뇌척수액 배출 속도가 2~3배 증가한다. 

수술이나 약물 없이 알츠하이머병 등 퇴행성 뇌 질환의 진행을 늦출 수 있는 새로운 비침습적 치료법의 가능성을 제시했다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다. 고규영 IBS 혈관연구단장은 “이번 성과는 뇌 속 노폐물을 청소하는 뇌척수액 배출 경로의 지도를 완성한 것은 물론, 뇌척수액의 배출을 뇌 외부에서 조절하는 새로운 방법을 제시했다”라며 “향후 치매를 포함한 신경퇴행성 질환 연구에 이정표가 될 것으로 기대한다”고 설명했다.

이번 연구의 제1저자와 교신저자. 왼쪽부터 고규영 IBS 혈관 연구단장(교신저자), 홍선표 IBS 혈관 연구단 연구위원(공동 제1저자), 진호경 IBS혈관 연구단 선임연구원(공동 제1저자), 윤진희 IBS 혈관 연구단 선임연구원(공동 제1저자) [사진=IBS]

투명한 림프관을 찾아 나선 과학자들

뇌는 활동 과정에서 생긴 노폐물을 뇌척수액(CSF)에 실어 바깥으로 내보내며 자신을 정화한다. 이 배출 기능이 노화 등으로 떨어지면 노폐물이 쌓여 신경세포를 손상하고, 끝내 치매 같은 신경퇴행성 질환을 부를 수 있다. 뇌척수액이 정확히 어떤 길을 통해 빠져나가는지 밝히려는 시도는 18세기부터 계속됐지만, 아직 모든 경로가 드러난 것은 아니다. 

연구가 더딘 이유는 통로인 림프관을 찾아내기가 까다롭기 때문이다. 1895년 빌헬름 뢴트겐의 X선 발견으로 몸을 가르지 않고 속을 보는 시대가 열렸고, 오늘날 기능적 자기공명영상(fMRI)은 뇌 속을 2~3mm 해상도로 그려 낼 만큼 기술이 발전했다. 그러나 림프관은 투명한 탓에 MRI나 CT을 사용해도 보기 힘들다. 결국 연구자들은 형광 염색을 하고 동물을 해부하는 번거로운 방법으로 림프관의 위치를 하나씩 짚어야 했다. 

이러한 한계에도 불구하고 2015년, 뇌를 감싸는 뇌막에도 림프관이 있다는 사실이 확인되면서 뇌척수액 연구는 전환점을 맞았다. 림프관을 통해 뇌를 치료할 수 있다는 가능성이 처음으로 열린 것이다. 또한 IBS 혈관 연구단을 비롯한 여러 연구팀이 투명한 림프관의 숨은 길을 추적하면서, 통로가 하나둘 모습을 드러냈다.

림프관을 통한 뇌척수액 배출 경로 모식도. 뇌막 림프관에서 경부림프절까지의 복합적인 뇌척수액 배출 시스템을 보여주는 모식도. 안와주위, 비강, 입천장 림프관을 통해 천경부 림프절로 배출되는 경로와 비인두 림프관망을 통해 심경부 림프절로 배출되는 경로를 포함한 주요 경로를 제시한다. [자료=IBS]

IBS 연구단은 2019년과 2024년 두 차례 네이처에 논문을 발표하며, 뇌 하부 뇌막 림프관과 코 뒤 비인두 림프관을 거쳐 목 깊숙한 심경부 림프절로 이어지는 배출 경로를 구체적으로 제시했다. 이어 목 깊은 림프관에 약물을 투여해 뇌척수액 배출을 조절할 수 있다는 개념까지 증명했다. 다만 이 경로는 몸속 깊숙한 곳에 자리 잡고 있다. 이를 통해 배출을 조절하려면 수술 뒤 약물을 주입해야 했고, 의료 현장에서 적용하기에 제약이 따랐다.

이 한계를 극복할 실마리는 뜻밖의 관찰에서 나왔다. 연구팀은 탐색 범위를 목 바깥으로까지 넓혔다. 목 깊은 림프관을 확인하려고 턱 아래를 거듭 해부하던 중, 뇌척수액에 주입한 형광 추적자가 예상 경로를 벗어나 얼굴 피부 방향으로 미세하게 흐르는 모습을 우연히 포착한 것이다. 얼굴 쪽 배출 가능성이 과거 몇몇 논문에 언급되긴 했지만, 학계의 관심은 주로 목 깊숙한 림프관에 쏠려 있었다. 연구팀은 이 ‘스쳐 지나간 신호’가 임상 적용의 실마리가 될 수 있다고 보고 본격적인 추적에 나섰다.

색이 없는 뇌척수액의 새 배출로를 찾는 과정은 어려웠다. 연구팀은 먼저 동물 모델에서 뇌척수액이 흐르는 공간을 형광으로 물들인 뒤, 정밀 해부를 통해 흐름의 방향을 추적해야 했다. 이를 위해 녹색 형광을 내도록 림프관 유전자를 조작한 특수 생쥐(Prox1-GFP)를 사용하고, 척수액이 흐르는 지주막하강에 별도의 형광 추적 물질을 주입했다. 첨단 생체 내 이미징 장비 덕분에 빛나는 림프관 안을 따라 빛나는 뇌척수액이 이동하는 장면을 실시간으로 포착했다. 연구팀은 이렇게 확보한 영상을 바탕으로 경로를 하나하나 분석하며, 새로운 배출로의 전체 지도를 완성했다.

연구에 따르면 뇌척수액은 눈가, 코 안쪽, 입천장 림프관을 지나 얼굴 피부 바로 밑의 천경부 림프관으로 모인 후 최종적으로 턱밑샘 림프절을 통해 빠져나간다. 이 얕은 우회로는 기존에 알려진 목 깊은 경부 림프관만큼이나 중요하다. 이 얕은 림프관 경로는 기존 경부 림프관 배출량의 25%에 육박하는 양의 뇌척수액 배출에 기여하고 있었다.

새로 발견한 림프관은 노화의 여파로부터 상대적으로 자유로운 것으로 나타났다. 나이가 들수록 코와 입천장 주변 림프관은 퇴화해 기능이 급격히 떨어지지만, 얼굴 피부 바로 아래 새로 확인된 집합 림프관은 구조도 기능도 거의 변하지 않았다. 

 영장류에서 관찰된 뇌척수액 배출 림프관 분포. 지주막하강 내 주입된 뇌척수액 형광 추적자가 안와주위, 비측벽, 천경부 림프관에서 관찰됐으며 턱밑샘 림프절에서 형광 축적이 확인됐다. [사진=IBS] 

새로운 림프관 경로는 쥐에게만 나타나는 특별한 구조가 아니다. IBS 연구팀이 한국생명공학연구원 국가영장류센터 이영전 박사와 손잡고 영장류(마카크 원숭이)를 관찰한 결과, 똑같은 림프관 경로가 관찰됐다. 이는 사람에게도 유사한 배출로가 있을 가능성을 강력하게 암시한다. 진호경 선임연구원은 “쥐에서만 관찰되던 현상이 영장류의 얼굴에서도 똑같이 보였을 때가 연구 기간 동안 가장 신기하고 기억에 남는 순간이었다”라며 “인간에게도 같은 길이 나타날 수 있겠다는 가능성을 확인했다”라고 말했다.

연구팀은 새로운 경로를 자극해 뇌척수액 배출을 인위적으로 높이는 방법까지 제시했다. 펜 모양의 특수 장비를 만들어 생쥐 얼굴 피부 아래를 정밀하게 자극하는 실험이 진행됐다. 메추리알 한 알 무게에 해당하는 0.01~0.02 kgf를 5분 동안 가하자, 림프관을 통해 빠져나가고 있는 뇌척수액이 2.29배 늘었다. 또한 자극 시간을 20분으로 늘리자, 턱밑샘 림프절에서 측정된 형광 추적자 농도가 3.01배 상승했다. 뇌척수액 배출량이 늘어난 것이다. 80주령이 넘는 늙은 쥐에서도 물리적 자극을 통해 배출량이 2.81~4.7배까지 회복돼, 노화로 떨어진 기능을 되살릴 수 있음이 확인됐다. 공동 제1 저자인 윤진희 선임연구원은 “너무 강한 자극은 오히려 림프관을 수축시켜 역효과를 냈다”라며 “실시간으로 힘의 크기를 측정하며 최적의 자극 강도를 찾는 것이 중요했다”라고 설명했다.

이번 연구는 수술이나 약물 사용 같은 방법 대신, 부작용 위험이 거의 없는 물리적 자극만으로 뇌 노폐물 배출을 촉진할 수 있는 길을 연 것으로 평가된다. 진 선임연구원은 “(새로운 자극 방법은) 얼굴 피부 위를 문지르는 것과 같아 기존 치료법에 비해 허들이 낮다”며 “설령 보조적인 효과만 입증되더라도 접근성이 좋아 활용도가 높을 것”이라고 기대했다. 

연구팀은 이번 발견을 토대로 향후 뇌졸중이나 알츠하이머 등 실제 질환을 보유한 동물에서 림프관 자극을 통한 치료 효과를 검증하고, 인체에 적용할 최적의 자극 프로토콜을 개발하는 후속 연구를 진행할 계획이다.

연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 6월 5일 온라인 게재됐다.