KBRI·서울대, 운동 효과 내는 핵심 단백질 규명

근육 분비 단백질 ‘Serpina1e’ 기전 확인

혈액 타고 뇌로 전달돼 해마 신경세포 재생

뇌 보호막 통과하는 천연 단백질 발견

한국뇌연구원, 서울대 공동연구진.ⓒ한국뇌연구원

한국뇌연구원(KBRI)이 운동효과를 내는 핵심 단백질을 규명했다. 향후 운동 모방 치료제 기술 확보에 도움이 될 것으로 보인다.

KBRI은 신경혈관단위체그룹 박형주 박사와 서울대학교 생명과학부 김종서 교수 공동연구팀이 운동할 때 근육에서 분비돼 뇌로 전달되는 핵심 단백질 ‘Serpina1e’를 발견하고, 이를 통해 인지기능을 향상시키는 메커니즘을 세계 최초로 규명했다고 27일 밝혔다.

운동은 뇌세포를 활성화하고 인지기능을 증진하는 가장 건강한 방법이지만, 노화나 질환으로 신체 활동이 어려운 이들에게는 그 효과를 기대하기 어려웠다.

공동연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 근육이 마이오카인(Myokine)을 분비해 뇌와 신호를 주고받는 근육-뇌 상호작용 기전에 주목했다.

연구팀은 유전자 변형 생쥐 모델과 첨단 질량분석 기술을 활용해 운동 시 근육에서 분비되는 마이오카인들을 정밀 분석했다.

그 결과 4주간 운동한 생쥐의 혈액에서 근육 유래 단백질인 Serpina1e가 유의미하게 증가한다는 사실을 확인했다.

이번 연구의 가장 큰 성과는 Serpina1e가 뇌 질환 치료제 개발의 최대 난관인 ‘혈뇌장벽(BBB)’을 직접 통과한다는 사실을 입증했다는 점이다.

외부 물질의 침입을 막는 뇌의 보호막(BBB)을 뚫고 해마까지 전달된 Serpina1e는 뇌유래신경영양인자(BDNF) 발현을 높이고 신경세포 재생을 촉진해 실질적인 인지능력 향상을 이끌어냈다.

이는 그동안 베일에 싸여있던 근육과 뇌의 직접적인 소통을 증명하는 결정적 단서이자, 별도의 전달체 없이도 뇌에 작용할 수 있는 우수한 약물 전달 가능성을 시사한다.

연구팀은 운동하지 않은 생쥐에게 Serpina1e를 주입하는 것만으로도 실제 운동을 한 생쥐처럼 해마 내 신경세포 수가 늘어나고 인지기능이 향상되는 결과가 나타남을 확인했다.

반대로 이 단백질을 억제하면 운동을 해도 인지 개선 효과가 사라져 Serpina1e가 운동의 인지기능 향상 효과를 직접 매개하는 필수 물질임을 입증했다.

박형주 박사는 “연구는 근육에서 유래한 특정 단백질이 혈액을 통해 뇌 장벽을 넘어 해마에 직접 작용하는 경로를 명확하게 제시한 것”이라며 “현재 고령 및 신경퇴행성 질환 모델에 적용해 치료 효과를 검증 중이다. 향후 인지저하를 극복할 수 있는 신약 개발로 이어지길 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 세계적인 권위 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications)에 게재됐다.

한편, 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 한국뇌연구원 및 기초과학연구원(IBS)의 기관고유사업 지원을 통해 수행됐다.