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과학자들이 쥐와 인간의 뇌 노화 사이에 놀라운 유사성을 발견했다

수십 년 동안 노화 연구는 인간의 모델로 쥐에 의존해 왔지만, 항상 한계가 있었다: 쥐의 뇌가 인간의 뇌처럼 노화한다고 누가 말할 수 있을까? 권위 있는 학술지 PNAS에 발표된 새로운 연구는 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 82마리의 쥐를 스캔하여 나이가 들면서 뇌 네트워크 조직이 붕괴되는 패턴이 두 종 사이에 공유되고 보존되어 있음을 발견했으며, 이는 쥐 기반 노화 연구의 신뢰성을 강화한다.

⏱️1 독서 시간 ✍️Nir Nagar 👁️536 조회수

노화 방지 연구자에게 그의 분야에 대한 가장 큰 비판이 무엇인지 묻는다면, 표준적인 대답은 다음과 같을 것이다: "대부분의 연구는 쥐를 대상으로 이루어졌으며, 쥐는 인간이 아니다". 라파마이신은 다양한 실험에서 쥐의 수명을 몇 퍼센트에서 수십 퍼센트까지 연장하는 데 성공했다. 다사티닙 + 케르세틴은 쥐의 좀비 줄기 세포를 제거하고 민첩성을 회복시켰다. 그러나 이러한 모든 성공은 항상 마지막 문단에서 질문을 받는다: "이것이 인간에게도 효과가 있을까?"

PNAS(미국 국립과학원 학술지)에 발표된 새로운 연구는 이 질문에 새로운 관점을 제시하며, 이번에는 세포 수준이 아닌 전체 뇌 네트워크 수준에서 접근한다. 텍사스 대학교 댈러스 캠퍼스의 가간 위그 교수가 이끄는 연구자들은 나이가 들면서 뇌의 기능적 네트워크 조직이 어떻게 붕괴되는지 측정하고, 그 패턴을 쥐와 인간 사이에서 비교했다. 그들이 발견한 것은: 감소 패턴이 두 종 사이에 공유되고 보존되어 있다는 것이다.

기술: 깨어 있는 쥐의 기능적 자기공명영상(fMRI)

뇌는 고립된 영역들의 집합이 아니다. 그것은 모듈로 조직되어 있으며, 이는 함께 작동하고 특정 작업에 특화된 영역 그룹, 예를 들어 시각 네트워크, 운동 네트워크, 또는 우리가 휴식 중일 때 활성화되는 네트워크이다. 이 조직의 건강을 나타내는 핵심 지표는 시스템 분리(system segregation)라고 불린다: 각 모듈이 주로 자기 자신과 "대화"하고 다른 모듈과 덜 섞이는 정도이다. 높은 분리는 잘 조직되고 젊은 뇌의 신호이다; 경계가 흐려지고 모듈이 섞이기 시작하면, 이는 노화의 신호이다.

이를 측정하려면 뇌가 작동 중인 것을 볼 필요가 있으며, 이것이 바로 휴식 상태 기능적 자기공명영상(fMRI)이 하는 일이다: 이는 뇌 혈류의 변동을 추적하여 어떤 영역들이 서로 동기화되어 있는지 보여준다. 여기서 기술적 혁신은 쥐가 깨어 있는 상태에서 스캔되었고 마취 상태가 아니라는 점이며, 이는 깨어 있는 상태로 스캔되는 인간과 더 공정한 비교를 가능하게 한다. 명확히 해야 할 점은: 이 연구에서는 세포를 분리하거나 시퀀싱하지 않았으며, 유전자 발현도 측정하지 않았다. 모든 분석은 기능적 네트워크 수준에서 이루어졌다.

실험 설계: 82마리의 쥐를 평생 동안 인간 데이터와 비교

팀은 82마리의 쥐를 평생 동안 여러 시점에서 fMRI로 스캔했으며, 약 3개월에서 약 20개월까지의 범위로, 이는 인간의 18세에서 70세에 대략 해당한다. 쥐에서 얻은 네트워크 패턴을 알려진 인간 fMRI 데이터와 비교했다. 이 비교를 통해 한 가지 직접적인 질문을 검증할 수 있었다: 우리에게서 나이가 들면서 알려진 네트워크 조직의 동일한 붕괴 과정이 쥐의 뇌에서도 발생하는가?

주요 발견: 시스템 분리의 보존된 감소

대답은 '그렇다'였다. 시스템 분리는 쥐의 뇌에 존재하며 나이가 들면서 감소하는데, 이는 인간에게서 일어나는 것과 정확히 동일하다. 다시 말해, 늙은 쥐에서도 뇌 모듈은 그들 간의 분화를 잃고 섞이기 시작하며, 이는 노화된 인간 뇌를 특징짓는 동일한 패턴이다. 위그의 연구실에서 이 연구를 주도한 박사 과정생 에즈라 윈터-넬슨이 말했듯이: "뇌 모듈이 전체적으로 서로 상호작용하는 방식은 인간과 쥐 모두에서 유사하게 나타나는 뇌 건강의 지표인 것으로 보인다".

이것이 바로 노화 분야가 찾고 있던 종류의 증거이다: 더 이상 단일 분자 경로가 아니라, 종 간에 보존된 전체 뇌 조직 원리이다. 붕괴 방식의 기본 구조가 동일하다면, 쥐의 뇌는 인간 뇌 노화 연구를 위한 더 합법적인 모델이 된다.

무엇이 다른가? 인간은 수명 대비 더 빨리 노화한다

유사성이 차이점을 지우지는 않으며, 흥미로운 차이점은 놀랍다. 각 종의 수명에 비례하여 감소 속도를 가중할 때, 인간은 쥐보다 시스템 분리에서 더 빠른 감소를 보인다. 위그 교수가 말했듯이: "수명에 비례하여 가중할 때, 인간은 이 조직에서 나이와 관련된 더 빠른 감소를 보인다". 이로부터 나오는 가설은: 인간은 쥐에 비해 뇌 및 인지 저하에 더 취약할 수 있으며, 덜 취약한 것이 아니라.

이것이 노화 방지 연구에 왜 중요한가?

이 발견의 시사점은 이 분야에 대한 비판의 핵심에 닿는다:

실험실에서 임상으로의 전환 강화

쥐 실험에서 반복되는 한계 중 하나는 아마도 그들의 뇌가 단순히 다르게 노화된다는 것이다. 이 발견은 한 가지 중요한 수준에서 이 한계를 좁힌다: 뇌 네트워크의 조직 원리와 그것이 붕괴되는 방식이 종 간에 보존된다면, 쥐로부터의 뇌 건강에 대한 통찰력이 우리에게도 관련될 가능성이 더 높다. 이것이 모든 치료법이 전환될 것이라는 보장은 아니지만, 노화하는 뇌 연구를 위한 모델로서 쥐의 사용에 대한 뒷받침이다.

뇌 건강을 위한 통일된 지표

시스템 분리는 두 종에서 동일한 언어로 적용할 수 있는 측정 도구가 된다. 따라서 원칙적으로, 네트워크 지표를 사용하여 쥐의 개입을 테스트하고 이를 인간의 해당 지표로 직접 변환할 수 있으며, 행동 판독에만 의존하지 않을 수 있다.

이 연구가 조사하지 않은 것을 강조하는 것이 중요하다

정확성을 유지하기 위해: 이것은 네트워크 이미징 연구이지, 세포 또는 분자 연구가 아니다. 이는 미세아교세포 염증, 수초 손실, 시냅스 유전자 발현 또는 성상세포 대사를 측정하지 않았다. 이들은 뇌 노화의 실제 과정이지만, 단순히 여기서 측정되지 않았으며, 이 연구에 귀속될 수 없다.

또한 신경발생(새로운 뉴런 생성) 또는 인간의 신경 줄기 세포 소멸과 같은 주제는 종 간 차이에 대한 알려진 일반적인 맥락이지만, 현재 연구의 발견은 아니다. 이 연구의 발견은 집중적이고 명확하다: 나이가 들면서 기능적 네트워크 조직의 감소에 대한 공유된 패턴이다.

결론

수년 동안 회의론자들은 말해왔다: "어떻게 쥐로부터 인간 뇌 노화에 대해 배울 수 있겠는가?". 텍사스 대학교 댈러스 캠퍼스의 팀은 뇌 네트워크 수준에서 답을 제시했다: 쥐의 뇌와 인간의 뇌 모두에서, 기능적 네트워크 조직은 나이가 들면서 동일한 기본 패턴으로 붕괴되지만, 우리의 경우 수명 대비 더 빠르게 발생한다. 이것이 쥐에서 효과가 있는 모든 것이 인간에게 효과가 있을 것이라는 의미는 아니지만, 쥐를 뇌 노화 연구를 위한 더 질 높은 모델로 확립하고, 두 종에서 작업할 수 있는 뇌 건강을 위한 통일된 지표를 제공한다.

참고문헌:
PNAS: Correspondence of large-scale functional brain network decline across aging mice and humans
UT Dallas News: Shared brain network aging patterns identified in humans, mice

ניר נגר

Nir Nagar

Nir Nagar는 Reverse Aging의 설립자이자 편집자로, 장수 연구·보충제·건강 최적화 분야에서 20년 이상의 실무 경험을 가진 바이오해커입니다. 발행 전에 모든 주제를 깊이 연구하고, 근거의 강도를 정직하게 평가하며, 모든 기사에서 원 연구로 링크를 제공합니다.

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