▲ 자폐 스펙트럼 장애는 언어, 의사소통 발달 등이 지연된 발달 장애를 뜻한다. 스펙트럼 장애라는 명칭이 내포하는 것처럼 같은 질환을 가져다 사람마다 나타나는 증상이 다르다. ⓒFlickr

자폐증(자폐 스펙트럼 장애)은 세계 인구의 약 2% 정도에서 발병하는 뇌 발달장애의 한 종류다. 사회적 상호작용 결여, 반복 행동 등이 대표 증상이지만 병인이나 치료법에 대해서는 아직 완벽히 밝혀지지 않았다. 자폐를 유발하는 뇌 변화는 주로 유년기에 시작되지만, 유년기 뇌의 변화가 성인이 될 때까지 지속적으로 영향을 주는지 여부도 불분명했다.

기초과학연구원(IBS) 시냅스 뇌질환 연구단은 자폐 모델 생쥐의 자폐 증상이 성장 과정에 따라 어떻게 달라지는지 분석했다. 자폐 유발 유전자 중 하나인 ‘MYT1L 유전자’를 제거한 실험쥐는 사회성이 저하되고 반복행동이 증가하는 등 자폐 증상이 나타났다. 본래 쥐를 뒤집어 놓으면 다시 자세를 똑바로 바로 잡는 ‘뒤집기 반사’ 행동을 하는데, 자폐 유발 생쥐의 뒤집기 반사 행동은 매우 빨라졌다. 또, 다른 생쥐 혹은 장난감과 함께 보내는 시간이 유사했다. 사회성이 떨어졌다는 의미다.

MYT1L 결손 생쥐의 자폐 증상은 청소년기에는 나타나지 않다가 성체시기에 다시 강하게 나타났다. 연구진은 전사체(생산된 모든 RNA 분자의 합) 분석을 통해 성장 과정에 따라 자폐 발생 메커니즘을 분석했다. MYT1L이 결손된 유년기 생쥐는 뇌의 전전두엽에서 ‘흥분성 시냅스’의 수와 신호전달이 눈에 띄게 감소했다. 시냅스는 흥분성 시냅스와 억제성 시냅스로 구분되는데, 두 시냅스 간 균형이 깨지면 뇌 정신질환이 유발된다. 이와 달리 성체기 MYT1L 결손 생쥐의 뇌에서는 억제성 시냅수와 신호전달이 증가했다. MYT1L 유전자에 생긴 이상이 유년기에 뇌 변화를 일으키기 시작하고, 오랜 기간 축적되어 있다가 성체기에는 다른 메커니즘으로 자폐 증상을 유발한다는 의미다.

▲ 자폐 유발 유전자 중 하나인 ‘MYT1L’이 결손된 유년기 생쥐는 뇌 전전두엽에서 흥분성 시냅스가 감소하며 반사 기능 장애 등을 보인다. 이 생쥐의 자폐 증상은 청소년기에는 나타나지 않지만, 성년기가 되면 억제성 시냅스가 증가하며 사회성 저하, 반복 행동 등의 형태로 나타난다.

이어 연구진은 또 다른 자폐 모델 생쥐를 이용해 조기 치료를 통한 완치 가능성도 확인했다. 연구에는 IBS 뇌과학 이미징 연구단도 함께 참여했다. 이 연구에서 연구진은 또 다른 자폐 유발 유전자 중 하나인 ‘ARID1B’를 결손시킨 모델 쥐를 이용했다. ARID1B가 결손된 유년기 쥐는 어미로부터 분리되었을 때 어미를 찾기 위해 초음파로 울음소리를 내는 능력이 떨어졌다.

연구진은 자폐 유발 유전자 중 하나인 ‘ARID1B 단백질’이 결여된 쥐는 사회성 저하 및 반복 행동을 보임을 확인했다.ARID1B 돌연변이 생쥐의 유전자를 분석한 결과, 유년기 시절 ARID1B 결손이 뇌 전전두엽의 흥분성 시냅스 수를 감소시키는 것으로 확인됐다. 이는 청소년기와 성체 시기 생쥐의 흥분성 시냅스 기능 감소로 이어졌다.

뇌의 변화가 유년기에 시작된다는 점에 착안, 연구진은 실험쥐에게 흥분성 시냅스를 항진시키는 약물인 ‘플루옥세틴(Fluoxetine)’을 생후 3주 동안 투여했다. 생후 3주령은 사람으로 치면 3세 이하의 나이에 해당한다. 연구진은 어미 쥐에게 풀루옥세틴을 희석한 약물을 주입하고, 모유 수유를 통해 새끼 쥐에게 간접적으로 전달했다. 약물치료를 받은 돌연변이 생쥐는 정상 생쥐와 유사한 수준의 사회성과 반복 행동을 보였다. 시냅스의 신호 전달과 수 역시 정상화됐다. 이후 치료를 중단해도 그 효과가 성체기까지 이어졌다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 8월 27일자에 실렸다.

▲ 흥분성 시냅스의 수와 기능에 이상이 생기면 자폐 증상이 유발된다. IBS 연구진은 유년기 집중적 약물치료로 사회성 저하, 반복 행동 등 자폐 증상을 성체기까지도 완화됨을 동물실험으로 확인했다.

연구를 이끈 김은준 IBS 시냅스 뇌질환 연구단장은 “두 건의 연구를 통해 성장 과정에 따른 자폐 발생 메커니즘을 규명하고, 유년기의 집중 치료 후 추가로 약물을 투여하지 않아도 평생 자폐 증상이 완화될 수 있음을 확인했다”며 “다른 유전자에 의해 유발되는 자폐 증상 역시 유년기 진단 및 약물 치료로 완화할 수 있는지를 검증하는 후속 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

IBS 홍보팀
권예슬