▲ 미세먼지에 의한 혈관-우선(Vascular-first) 뇌 손상 기전 / 미세먼지가 뇌혈관 세포의 에너지를 떨어뜨려 혈관 수축과 노폐물 제거 기능 저하를 유발하고, 결국 뇌 염증과 신경 손상으로 이어지는 과정을 보여줌(그림 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

초미세먼지(PM2.5)가 뇌혈관 세포의 에너지 대사를 교란해 뇌 혈류 감소와 뇌 기능 저하를 유발할 수 있다는 신경독성 기전이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 이번 연구는 대기오염이 퇴행성 뇌질환과 연결될 가능성을 설명할 과학적 근거를 제시했다는 점에서 주목된다.

한국뇌연구원(KBRI) 치매연구그룹 김도근 박사 연구팀은 울산과학기술원(UNIST), 국가독성과학연구소(KIT)와 공동 연구를 통해 초미세먼지가 뇌혈관 기능을 약화시키는 분자 수준의 작용 경로를 규명했다고 밝혔다. 연구 결과는 환경·독성 분야 국제학술지 ‘Journal of Hazardous Materials’ 최신호에 게재됐다.

초미세먼지는 지금까지 폐 질환과 심혈관 질환의 주요 위험 요인으로 알려져 왔지만, 뇌 기능에 미치는 직접적인 영향과 세부 작용 기전은 명확히 밝혀지지 않았다. 연구진은 뇌 환경을 안정적으로 유지하는 핵심 요소인 뇌혈관 내피세포에 주목해 초미세먼지가 세포 기능에 미치는 변화를 분석했다.

연구 결과, 초미세먼지는 뇌혈관 내피세포의 아릴 탄화수소 수용체(AHR)를 활성화시키는 것으로 나타났다. 이 과정에서 세포 내 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 기능이 저하되며, 결과적으로 세포의 에너지 생산 능력이 감소했다. 에너지 대사가 약화된 뇌혈관 세포는 혈관 수축과 확장을 조절하는 기능이 떨어지면서 뇌로 공급되는 혈류량이 감소하는 현상이 확인됐다.

또한 연구진은 뇌혈관 세포와 성상교세포 등 주변 신경세포 간 상호작용에도 이상이 발생한다는 사실을 발견했다. 이러한 변화는 뇌에서 노폐물을 제거하고 물질 교환을 유지하는 뇌 항상성 유지 시스템에 영향을 미칠 수 있다.

특히 이러한 변화는 기억과 학습 기능의 핵심 영역인 해마(hippocampus)에서 두드러지게 나타났다. 해마는 알츠하이머병과 같은 퇴행성 뇌질환과 밀접한 연관이 있는 영역으로, 연구진은 대기오염이 장기적으로 뇌 기능 변화와 신경퇴행성 질환 위험 증가에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 제시했다.

김도근 한국뇌연구원 박사는 “이번 연구는 초미세먼지가 뇌 환경을 유지하는 혈관 기능과 에너지 대사 시스템에 영향을 줄 수 있음을 보여준 결과”라며 “앞으로도 환경 요인이 국민의 뇌 건강에 미치는 영향을 규명하는 연구를 지속해 나갈 계획”이라고 말했다.

박계명 UNIST 교수는 “초미세먼지가 뇌혈관 세포의 에너지 대사를 약화시키고 혈관 기능을 변화시키는 과정을 기전 수준에서 규명했다”며 “환경오염과 뇌질환 간 연관성을 이해하는 중요한 기초 근거가 될 것”이라고 설명했다.

이규홍 국가독성과학연구소 박사는 “우리나라 대기 미세먼지의 독성학적 특성을 정밀하게 재현함으로써, 일상적으로 노출되는 미세먼지의 위험성을 실제와 가깝게 반영했다는 점에서 큰 의미가 있다”며, “이를 통해 우리나라의 환경보건, 정책, 연구개발 등에 적용 가능성을 높혔다”고 밝혔다.

논문명은 PM2.5 impairs gliovascular coupling via endothelial AHR-mitochondrial signaling in mice이다.