마약 중독 벗어나지 못하는 이유?…"파발부민 세포 불균형"

국내 연구진이 마약 중독 재발의 원인이 단순한 뇌 기능 저허가 아니라 특정 신경세포 회로의 불균형 때문이라는 사실을 밝혀냈다.

마약 중독은 약물을 끊은 뒤 오랜 시간이 지나도 사소한 자극에 다시 갈망이 되살아나 재발 위험이 매우 높다. 그동안 이런 현상은 충동을 조절하는 전전두엽 피질(PFC)의 기능 저하 때문으로 여겨졌다.

백세범 KAIST 석좌교수(뇌인지과학과), 임병국 미국 캘리포니아 주립 샌디에이고대학(UCSD) 교수 공동연구팀이 전전두엽 내 특정 억제성 신경세포가 코카인 중독 행동을 조절하는 핵심 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 뇌에서 다른 신경세포의 활동을 억제해 신경 신호의 균형을 조절하는 파발부민 양성(Parvalbumin-positivePV) 억제성 신경세포에 주목했다. 이 세포는 뇌의 흥분 신호를 조절하는 일종의 브레이크 게이트(brake gate) 역할을 하며, 금단 이후 나타나는 마약 탐색 행동을 결정짓는 중요한 요소임을 확인했다. 뇌의 전전두엽 피질은 흥분 신호와 억제 신호가 균형을 이뤄야 충동을 억제하는 브레이크 기능을 수행할 수 있다.

연구팀은 만성 약물 노출이 이런 균형을 어떻게 무너뜨리는지 확인하기 위해 쥐를 대상으로 코카인 투여 실험을 진행했다. 이 과정에서 전전두엽 내 억제성 신경세포들이 언제 활성화되고 하위 뇌 영역으로 어떻게 신호를 보내는지 추적했다.

실험 결과, 전전두엽 피질 내 억제성 신경세포의 6070%를 차지하는 PV 세포는 쥐가 코카인을 찾으려 할 때 활발하게 작동했다. 하지만 더 이상 약물을 찾지 않도록 훈련하는 소거 훈련을 진행하자 이 세포의 활동은 눈에 띄게 줄었다. 이는 PV 세포의 활동 양상이 중독에 따라 고정되는 게 아니라 소거 과정을 통해 다시 조절될 수 있음을 보여준다.

연구팀은 신경 활동을 인위적으로 조절해 PV 세포의 활동을 억제하자 쥐의 코카인 탐색 행동이 크게 감소하는 것을 확인했다. 반대로 이 세포를 활성화하면 소거 과정 이후에도 약물을 다시 찾는 행동이 지속됐다.

이런 효과는 설탕물과 같은 일반적인 보상에는 나타나지 않았으며, 마약 중독 행동에서만 특이적으로 관찰됐다. 이는 같은 억제성 신경세포인 소마토스타틴(SOM) 세포에서는 나타나지 않는 현상으로, PV 세포가 마약 중독 행동을 선택적으로 조절한다는 점을 보여준다.

연구팀은 PV 세포의 조절 작용이 어떤 뇌 회로를 통해 이뤄지는지도 확인했다.

전전두엽에서 시작된 신호는 보상과 관련된 핵심 뇌 영역인 복측피개영역(Ventral Tegmental AreaVTA)의 보상회로로 전달되며, 이 경로가 마약을 다시 찾을지 말지를 결정하는 중독 행동 조절의 핵심 통로로 나타났다. 이때 PV 신경세포는 이 신호의 흐름을 조절해 도파민(Dopamine) 신호에 영향을 주며, 중독 행동을 유지할지 억제할지를 결정하는 조절 스위치 역할을 한다.

즉, 중독 재발은 전전두엽 전체의 기능 저하 때문이 아니라 특정 신경세포인 PV 신경세포가 전전두엽과 보상 회로를 잇는 신경 경로의 조절여부에 따라 결정되는 현상이라는 결론을 얻었다.

백세범 석좌교수는 이번 연구는 약물 중독이 특정 신경세포와 하위 신경 회로의 조절 균형이 붕괴되면서 나타나는 회로 수준의 문제임을 보여준다라며 파발부민 세포가 중독 행동의 게이트 역할을 한다는 발견은 향후 정밀 표적 치료 전략 개발에 중요한 단서가 될 것이라고 밝혔다.

이번 연구는 UCSD 정민주 박사(제1저자), 임병국 교수백세범 석좌교수(공동 교신저자) 등이 연구를 주도했으며, 신경과학 분야 국제학술지 뉴런(Neuron) 2월 26일자 온라인판 게재됐다. 논문 제목은 Distinct Interneuronal Dynamics Selectively Gate Target-Specific Cortical Projections in Drug Seeking.