일부 뇌종양은 성장하기 위해 어떻게 마음을 빼았나?

뇌의 놀라운 가소성은 우리가 생각하고, 배우고, 창조하고, 기억하게 해준다. 우리의 삶을 통틀어, 뉴런이라고 불리는 뇌의 신경 세포는 끊임없이 세포에서 세포로 전기화학적 신호를 전달하는 새로운 연결, 즉 시냅스를 형성한다. 신경 가소성이라고 불리는 이 능력은 인간 마음의 모든 기능의 밑바탕에 깔려 있다.

그러나 신경가소성은 또한 어두운 면을 가지고 있을 수 있다. 새로운 연구에서, 연구원들은 교모세포종이라는 공격적인 유형의 뇌종양이 종양의 성장을 촉진하기 위해 새로운 시냅스의 형성을 강제할 수 있다는 것을 발견했다. 그들이 보고한 바에 따르면, 이 신경의 방향 전환은 교모세포종 환자들에게서 볼 수 있는 파괴적인 인지력 감소(치매)에도 역할을 하는 것으로 보인다.

그러나 연구팀은 또한 납치 과정에 중요한 것으로 보이는 한 단백질을 정확히 찾아냈고, 그것이 새로운 치료법의 잠재적인 표적이 될 수 있다는 것을 보여주었다. 그 결과는 5월 4일 네이처(Nature)지에 게재되었다.

모든 교모세포종이 종양 성장을 촉진하기 위해 뇌를 개조하는 능력을 보여주는 것은 아니라고 이 연구의 선임 연구원인 점퍼 박사가 설명했다.

하지만 일부 종양들은 자신들의 이익을 위해 신경 활동을 이용하는 방법을 찾아냈다. 그래서 이제 연구진은 그 소통을 차단하기 위한 전략을 생각해야 한다.

잠재적으로 교모세포종 성장을 늦추는 것 외에도 종양 세포와 신경 사이의 통신망을 차단하는 방법은 환자의 인지 기능을 더 오래 보존하는 데 도움이 될 수 있다. 이 말은 치매의 진행을 늦추거나 차단할 수 있다는 말로 들린다.

점퍼 박사는 이 메시지는 이 연구를 공유했던 환자와 가족들에게 가장 큰 반향을 일으킨다고 말했다.

증가하는 독성 신경의 연계

뇌와 중추신경계의 종양은 전반적으로 드물다. 교모세포종은 이런 희귀한 종양 중 가장 흔한 것 중 하나이며, 가장 치명적인 것 중 하나이기도 하다. 교모세포종은 가장 공격적인 유형의 교모종으로, 뇌의 신경을 둘러싸고 보호하는 지지 세포, 즉 가장 일반적으로 성상세포(별 모양 세포)에서 발생하는 종양의 한 종류이다.

교모세포종의 치료는 수술과 방사선 치료, 화학 요법을 포함할 수 있으며, 대부분의 사람들은 진단 후 평균 1년 이상을 산다.

그러나 이 전반적인 암울한 뉴스에는 많은 변이가 숨어 있다. 많은 사람들의 종양은 극도로 공격적이지만, 어떤 사람들은 비교적 느리게 성장한다. 많은 요인들이 개별 종양의 공격성에 영향을 미친다는 이야기이다.

뇌 암의 세포와 동물 모델을 사용한 이전의 연구들은 교모세포종 세포가 뉴런의 작용에 영향을 미칠 수 있고, 신경 활동이 일부 종양의 공격적인 성장을 촉진하는 요인이 될 수 있다고 시사했다. 하지만 이런 현상들은 사람들에게 기록으로 남아 있지 않았다.

인간의 뇌에는 정상적인 성상세포와 뉴런 사이에 의사소통이 있다, 따라서 종양 세포가 의사소통의 상호작용의 일부를 유지하는 것은 불가능한 것은 아니다.

연구 팀은 이 세포 간의 교차 소통(cross talk)이 사람들에게 어떻게 작용하는지 자세히 살펴보기로 결정했다.

그들은 교모세포종 수술을 받을 준비를 하고 있던 14명의 사람들을 대상으로 뇌의 전기 활동을 기록하는 것으로 시작했다. 수술 전에, 그들은 종양 세포를 포함하는 뇌의 언어 처리 영역과 종양을 포함하지 않는 인접한 뇌 조직에 뇌 활동을 기록할 수 있는 전극을 부착했다.

연구원들이 환자가 완료한 간단한 언어 작업(그림에 표시된 물체의 이름을 부르는 것과 같은)을 하는 동안 뇌 활동을 기록했을 때, 그들은 종양에 의해 침투된 뇌 영역 전체의 활동이 증가하는 것을 보았다. 여기에는 일반적으로 목소리의 생성에 관여하지 않는 부분이 포함되어 종양이 신경 가소성을 유발했음을 시사한다.

구체적으로, 종양은 뉴런들이 보통 그런 반응을 일으키지 않는 영역에서 언어에 반응하여 새로운 연계를 만들도록 영향을 준 것으로 보인다.

그러나 이러한 새로운 연계는 제대로 작동하지 않았다. 종양과 관련된 신경 가소성을 경험한 뇌의 영역은 종양에 의해 침범되지 않은 뇌의 영역과 비교하여 흔치 않은 단어를 처리하는 데 어려움을 겪었다.

그래서 일부 교모세포종은 새로운 신경 회로의 성장을 촉진시킬 수 있는 것으로 보이지만, 연구팀은 이 새로운 연계성이 공격적인 뇌종양을 가진 사람들에게서 보이는 인지력 저하에 실제로 기여할 수 있다고 결론을 내렸다.

손상된 신경 가소성의 운전자를 정확히 찾아내기

일부 교모세포종 세포가 신경가소성을 어떻게 이용하고 있는지를 더 잘 이해하기 위해, 연구원들은 언어 작업에 반응하여 신경 활동이 높은 사람들의 종양 부위에서 채취한 조직 샘플을 분석하고 활동이 적은 부위의 조직과 비교했다.

그들은 높은 기능적 연결성과 신경 활동을 가진 영역의 종양 세포의 부분 집합이 새로운 신경 회로를 조립하는 것과 관련된 유전자의 발현에 증가를 가지고 있다는 것을 발견했다. 이것은 THBS1이라는 유전자의 발현이 7배 증가하는 것을 포함했는데, 이것은 세포가 TSP-1이라고 불리는 단백질을 만들도록 지시한다. TSP-1은 일반적으로 뇌의 건강한 성상세포에 의해 생성되며 새로운 시냅스의 성장을 촉진한다.

전체적으로 시험을 한 검체 중 교모세포종 세포의 약 2.5%가 THBS1을 발현하였으며, 기능적 연결성이 높은 부위의 세포는 기능적 연결성이 낮은 부위보다 THBS1 발현 수준이 높았다. 현미경 기술은 높은 연결성을 가진 영역의 종양 세포의 하위 그룹이 TSP-1을 생성하고, 이러한 영역이 더 많은 새로운 시냅스를 형성한다는 것을 확인했다.

연구진이 높은 연계성 또는 낮은 연계성 영역에서 채취한 뉴런과 종양 세포를 실험실 접시에서 함께 배양했을 때, 높은 연계성 영역의 종양 세포는 새로운 시냅스 형성을 촉진하고 뉴런 자체와 시냅스를 형성했다.

대조적으로, 연계성이 낮은 지역의 종양 세포는 둘 다 하지 않았다. 그러나 연구원들이 TSP-1을 추가했을 때, 이 종양 세포와 뉴런들은 갑자기 연계를 형성하기 시작했다.

신경의 신호 전달을 끌어내기

추가적인 실험들은 높은 연계성을 가진 영역역의 종양 세포들이 그들의 성장을 위해 뉴런들을 필요로 한다고 시사했다. 뉴런이 없으면 같은 세포들이 휴면상태가 된다.

이 종양 세포와 뉴런 사이에 형성된 시냅스는 "진정한 시냅스가 아니다. 다음 종양 세포로 전달되는 전기 신호는 없다. 하지만 그것은 그 세포에 일종의 성장 자극을 제공하고 있다"고 연구진은 말했다.

뉴런의 존재는 또한 높은 연계성을 가진 영역의 종양 세포가 더 공격적으로 행동하도록 만들었다. 예를 들어, 연구팀은 연계성이 높은 영역에서 유래한 종양 세포를 이식한 쥐들이 연계성이 낮은 영역에서 유래한 종양 세포를 이식한 쥐들보다 더 큰 종양이 생기고 더 빨리 죽는다는 것을 발견했다.

신경 연계를 조작하는 종양에 의해 제기되는 위험은 사람들에게도 지속되는 것처럼 보였다.

연구진이 수술을 받은 교모세포종 환자 44명을 대상으로 조사했을 때 주변 신경세포와 많은 연계성을 보인 종양의 환자들은 이러한 연계성이 없는 종양의 환자들보다 약 1년 더 살았다(평균 71주 대 123주). 종양이 주변 신경세포와 높은 연계성을 가진 사람들은 또한 언어를 사용하는 데 더 많은 어려움을 겪었는데, 이는 전반적인 인지 기능이 더 나쁘다는 신호이다.

니즈를 표적으로 전환하기

길버트 박사는 종양-뉴론 소통에 의해 부여된 공격성에는 긍정적인 잠재력이 있다고 설명했다. 그는 TSP-1은 이 의사소통의 주요 매개체 중 하나인 것으로 보이며, 이는 이제 잠재적인 치료 표적을 제공한다고 말했다.

점퍼 박사팀은 이에 동의했고, TSP-1의 활성을 차단하는 가바펜틴이라는 약물이 포함된 실험에서 유망한 결과를 보고했다. 예를 들어, 고 연계성 교모세포종에서 채취한 세포를 이식한 생쥐에서 가바펜틴을 사용한 치료는 종양이 성장하는 속도를 상당히 감소시켰다.

가바펜틴과 몇몇 관련 약물들은 이미 뇌전증과 같은 신경학적 질환과 일부 유형의 통증을 치료하기 위해 식품의약국에 의해 승인되었다. 점퍼 박사와 그의 팀은 이 약이 사람들의 수명과 인지 기능을 모두 향상시킬 수 있는지 알아보기 위해 현재 교모세포종 수술 후 표준 치료법에 가바펜틴을 추가하는 임상 실험을 계획하고 있다.

그러한 접근법은 종양이 부분적으로 높은 신경 연계에 의해 움직이는 사람들에게만 잠재적인 이점을 가질 것이다. TSP-1에 대한 혈액 검사는 시냅스 파괴 전략의 혜택을 받을 가능성이 있는 환자를 식별하는 데 사용될 수 있다고 점퍼 박사는 설명했다.

종양 성장과 종양-뉴론 연결 중 어느 것이 먼저인지 완전히 이해하기 위해서는 더 많은 실험실 연구가 필요하다. 새로운 연계성이 종양 성장을 촉진할 수도 있지만, 더 많은 연계성을 가진 뇌의 영역이 단순히 종양이 발생하기 쉬운 경향이 있을 수도 있다. 어느 것이 우선이든 결과적인 크로스 토크는 탐구할 가치가 있는 목표로 남아 있다.

연구진은 기계 안의 두 유령인 마음과 종양이 뇌의 어두운 구석에서 서로 속삭이며 도청할 가치가 있는 대화를 나눈다고 그 신문에 첨부된 사설에 썼다. 그렇게 하면 뇌종양 환자들의 삶을 개선하는 혁신적인 접근법으로 이어질 수 있다.