자폐의 주요 동반 증상인 뇌전증에 대한 효과적인 약물치료 가능성이 제시됐다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 시냅스 뇌질환 연구단 김은준 단장(KAIST 생명과학과 석좌교수) 연구팀은 자폐 환자에게 높은 확률로 발병하는 뇌전증의 새로운 발병 기전을 밝히고, 이에 기반한 약물치료 가능성을 제시했다.

자폐증(자폐스펙트럼장애, Autism spectrum disorders)은 사회적 상호작용 및 의사소통 결여, 반복 행동 등을 보이는 뇌 발달 장애의 한 종류다. 유병률이 전 세계적으로 계속해서 증가해, 현재는 세계 인구의 약 2.8%에 이르지만 명확한 발병 기전과 치료법에 대해서는 아직 완벽히 밝혀지지 않았다.

자폐는 동시에 여러 증상을 동반하는데, 환자의 약 30%가 뇌전증 증상을 보인다. 한편 뇌전증 환자는 일반인보다 자폐증 진단 확률이 약 8배가량 높다. 이는 두 질병이 유전적 메커니즘을 공유하고 있을 가능성을 시사하며, 실제로 자폐와 뇌전증은 유전적 변이의 상당 부분을 공유하고 있다. 그러나 이와 관련된 구체적인 연구는 많지 않다.

김은준 단장 연구팀은 자폐 위험 유전자이면서, 최근 뇌전증 위험 유전자로도 밝혀진 ‘ANK2’ 유전자가 결손된 생쥐 모델에서 어떻게 뇌전증이 발병하는지를 밝혔다. 연구진은 ANK2 결손 생쥐에서 대뇌피질 신경세포의 흥분성이 증가한 것을 확인했는데, 이는 ANK2 결손으로 대뇌피질 신경세포의 축삭 시작분절¹⁾의 모양이 변하고, 이에 따라 신경세포 흥분도를 조절하는 칼륨 채널²⁾의 양과 활성이 감소했기 때문이었다. 그 결과, ANK2 결손 생쥐가 뇌전증 발작 증세를 보였으며, 특히 생쥐가 청소년기에 발작 증세를 동반한 갑작스런 죽음을 맞는 것을 확인했다.

나아가 연구진은 새롭게 밝힌 발병기전을 바탕으로 뇌전증 치료제의 한 종류인‘레티가빈(Retigabine)’을 이용해 ANK2 결손 생쥐의 칼륨 채널 기능을 강화시켰다. 그 결과, 신경세포의 흥분도가 정상 수준으로 회복되고 뇌전증 발작을 동반한 죽음이 감소됨을 확인했다. 이는 칼륨 채널의 활성화가 ANK2 결손에 의한 뇌전증의 치료에 효과적일 수 있음을 시사한다.

연구를 이끈 김은준 단장은 “ANK2 유전자의 돌연변이가 신경세포의 흥분도를 증가시켜 자폐 관련 뇌전증 증상을 유발하는 것을 밝혔다”라며, “자폐 관련 뇌전증의 기전과 치료 가능성을 밝힌 의미 있는 연구”라고 전했다.

이번 연구결과는 6월 15일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications, IF 17.69)’ 온라인 판에 게재됐다.

[그림 1] 약물치료를 통한 자폐 관련 뇌전증 증상 완화
자폐 관련 뇌전증 생쥐 모델에서 칼륨 채널의 기능이 감소하면서 신경세포의 흥분도가 증가하고, 이로 인해 발작 증세를 보였다. 연구진은 뇌전증 치료제의 한 종류인‘레티가바인(Retigabine)’을 이용하여 칼륨 채널의 기능을 강화시켰을 때, 신경세포의 흥분성이 정상 수준으로 회복되고 뇌전증 발작 관련 사망이 감소됨을 확인했다.

[그림 2] 약물치료를 통한 신경세포 흥분도의 정상화
레티가바인(Retigabine)을 통해 칼륨 채널의 기능을 강화시키자, ANK2 결손 생쥐에서 보여진 증가한 신경세포의 흥분도가 정상화 되었다.

[그림 3] 약물치료를 통한 뇌전증 모델 생쥐의 뇌전증 발작 관련 유년기 사망 감소
뇌전증 모델 생쥐에 유년기 시절부터 레티가바인(Retigabine)을 지속적으로 섭취하는 약물치료를 진행한 결과, 자폐 관련 뇌전증 발작으로 인한 사망이 유의미하게 감소한 것을 확인했다. 모든 뇌전증 모델 생쥐는 성체가 되기 전에 죽었으나, 약물치료를 받은 일부 뇌전증 모델 생쥐의 경우 성체까지 살았다.

IBS 홍보팀
박정훈

1) 축삭(axon)은 신경세포를 구성하는 한 부분으로, 다른 신경세포에 신호를 전하는 기능을 위해 길게 뻗어있는 섬유 같은 모양을 하고 있다. 세포체에서 축삭이 시작되는 시작분절(initial segment)이 신경 흥분성을 결정적으로 조절한다.

2) 세포막에 존재하며 칼륨이온의 이동통로가 되는 단백질로, 신경세포에서는 신경세포의 전기적 흥분성을 조절한다.