[mdtoday = 이승재 의학전문기자] 폐 속 특정 세포가 니코틴에 반응해 보낸 잘못된 신호가 뇌 신경세포의 사멸을 유도한다는 연구 결과가 발표됐다.

니코틴 노출 시 폐의 '폐 신경내분비 세포'가 뇌로 전달되는 특수 입자를 방출하여 신경 퇴행을 유발한다는 연구 결과를 학술지 ‘사이언스 어드밴스(Science Advances)’에 게재했다.

흡연이 폐 건강을 넘어 뇌의 퇴행을 가속화한다는 사실은 익히 알려져 왔으나, 그동안은 주로 혈관 수축에 따른 산소 공급 부족이 원인으로 지목됐다.

하지만 최근 폐 세포가 뇌에 직접적인 오보를 보내 신경세포의 철분 균형을 깨뜨린다는 새로운 기전이 밝혀지면서, 흡연과 치매를 잇는 분자 수준의 연결 고리가 명확해졌다. 특히 중년기의 과도한 흡연이 노년기 치매 위험을 2배 이상 높이는 새로운 원인으로 '폐-뇌 축(Lung-Brain Axis)'을 통한 철분 대사 이상이 지목됐다.

미국 시카고 대학교 프리츠커 분자공학대학원(UChicago PME) 조이스 첸 교수팀은 줄기세포를 이용해 폐 신경내분비 세포(PNEC)를 대량으로 배양한 뒤 니코틴에 노출시키는 실험을 진행했다.

PNEC는 폐 세포의 1% 미만을 차지하는 희귀 세포로, 신경세포와 내분비세포의 기능을 동시에 갖춘 독특한 감각 세포다.

연구 결과, 니코틴을 접한 PNEC는 생물학적 물질을 담은 미세 입자인 엑소좀(Exosomes)을 대량으로 방출했다. 이 엑소좀에는 혈액 내 철분 흐름을 조절하는 단백질인 세로트랜스페린이 가득 차 있었다.

연구진은 담배나 전자담배를 피울 때마다 폐에서 방출된 이 엑소좀이 미주신경(Vagus nerve) 등을 통해 뇌로 전달돼 뇌에 철분 조절 방식을 바꾸라는 잘못된 명령을 내린다고 분석했다.

이로 인해 발생한 뇌 내 철분 불균형은 산화 스트레스와 미토콘드리아 기능 장애를 일으키며, 치매의 특징인 알파-시누클레인 단백질의 발현을 증가시킨다. 특히 이러한 철분 대사 이상은 신경세포가 죽지 말아야 할 상황에서 스스로 사멸하는 페로토시스라는 세포 사멸 과정을 촉발한다. 페로토시스는 알츠하이머병 및 파킨슨병과 밀접한 연관이 있는 것으로 알려져 있다.

연구진은 현재 이 신호 전달의 원천인 엑소좀을 차단하는 것이 치료적 응용이 가능할지 연구하고 있다. 비록 인체에 직접 적용되기까지는 시간이 걸리겠지만, 이번 연구는 장기 간의 소통이 뇌 건강에 얼마나 결정적인지를 보여주는 중요한 진전으로 평가받는다.

연구진은 이러한 결과를 바탕으로 니코틴에 의해 유도된 PNEC 유래 엑소좀이 신경세포의 철분 항상성을 교란하여 신경 퇴행을 가속화하며, 이것이 흡연과 치매 사이의 핵심적인 인과 기전 중 하나라고 결론지었다.