장내 미생물-파킨슨병 연관성 새 기전 밝혀지나

장내 대장균의 특정 유전자와 대사물질이 파킨슨병과 관련된 신경세포 변화에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 발표됐다.

이은정 아주의대 교수(뇌과학교실), 이은정박동규 교수(아주대병원 신경과) 연구팀은 장내 대장균의 hns 유전자와 대사물질인 메틸글리옥살(MG)이 신경세포 관련 유전자 발현에 영향을 미칠 수 있는 새로운 연결 경로를 제시했다고 밝혔다.

파킨슨병은 뇌의 도파민 신경세포가 점차 소실되는 퇴행성 신경질환이다. 최근 장내 미생물이 파킨슨병과 관련이 있다는 연구 결과가 나오고 있지만, 장내 세균의 어떤 유전자와 물질이 뇌 신경세포에 영향을 미치는지는 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 파킨슨병 환자의 대변을 분석한 결과, 장 등 신체에서 병리적 변화가 먼저 시작되는 것으로 알려진 체부 우선형 파킨슨병 환자군에서 대장균의 hns 유전자가 상대적으로 풍부하다는 점을 확인했다. 별도의 환자 혈액 분석에서도 체부 우선형 환자군은 뇌 우선형 환자군보다 메틸글리옥살(MG) 농도가 높았다. MG는 세균과 인체의 대사 과정에서 생성되는 물질로, 과도하게 축적되면 세포에 해로운 영향을 줄 수 있다.

파킨슨병 선충 모델을 이용한 실험에서는 MG 생성에 관여하는 hns 유전자를 제거한 대장균을 먹이자 도파민 신경세포 손상이 감소했다. 반면 MG를 추가로 투여하자 이러한 신경세포 보호 효과가 사라졌다. 이는 대장균의 hns 유전자와 MG가 도파민 신경세포 손상에 영향을 미칠 수 있음을 보여주는 결과다.

연구팀은 추가 분석을 통해 선충의 신경세포 보호 효과에 rig-5 유전자가 관여한다는 사실을 확인하고, 사람에서 이에 대응할 가능성이 있는 LSAMP 유전자에 주목했다. LSAMP는 신경세포의 기능과 신경세포 간 연결에 관여하는 유전자다. 실제로 사람의 신경세포에 MG를 투여하자 LSAMP 유전자 발현이 감소했으며, 파킨슨병 환자의 뇌 조직에서도 해당 유전자의 발현이 낮게 나타났다. 반면 hns 유전자를 제거한 대장균을 장내에 정착시킨 생쥐에서는 LSAMP 유전자 발현이 증가했다.

이은정 교수는 이번 연구는 장내 대장균의 hns 유전자와 대사물질인 MG가 신경세포 관련 유전자(rig-5/LSAMP)의 발현에 영향을 미칠 수 있다는 새로운 연결 경로를 제시했다는 점에서 의미가 있다라면서 특히 파킨슨병 환자 분석과 다양한 실험을 연계해 장내 미생물과 신경세포 변화의 연관성을 보여줌으로써, 파킨슨병의 발병 기전을 이해하는 데 새로운 단서를 제공했다. 다만 사람에서의 직접적인 인과관계와 치료 활용 가능성은 추가 연구가 필요하다고 전했다.

이번 연구는 Escherichia coli hns and methylglyoxal link gut microbial metabolism to host neuronal gene regulation in Parkinsons disease(대장균 hns 유전자와 메틸글리옥살이 파킨슨병에서 장내 미생물 대사와 신경세포 유전자 조절을 연결)라는 제목으로 국제학술지 Gut Microbes(IF 15.3) 온라인판에 10월 게재됐다.

이번 연구에는 아주의대 뇌과학교실 신민기박수정 박사가 공동 제1저자로, 뇌과학교실 이은정 교수와 신경과 박동규 교수가 공동 교신저자로 참여했다.