핵심 호르몬 아이리신(Irisin)
마이오카인에서 뇌에 긍정적인 영향을 미치고 있는 호르몬 중에 대표적으로 언급되는 것이
아이리신(Irisin)입니다. 아이리신은 근육 세포막에서 만들어진 FNDC5로 불리는 단백질 호르몬이 운동을 통해 활성화된 상태를 이르는 물질입니다. 그래서 운동 분비 인자라고도 부르며 이 역시체내에서 다양한 역할을 수행하고 있습니다.
대표적으로 몸에 에너지 대사를 조절하고 활성화시킵니다. 신체가 정상적으로 작동하는 데 있어서 에너지를 효율적으로 분배하여 사용하거나 저장할 수 있도록 관리하는 것이죠. 이에 해당하는 예시로서 체온을 유지하고, 세포를 수리하거나 성장시킵니다. 그리고 축적이 과해지면 비만을 일으킬 수 있는 백색 지방의 조직을, 체중에 도움을 주는 갈색 지방으로 변화시킬 수 있도록 촉진합니다. 또한 혈액 내에 돌아다니고 있는 포도당의 혈중 농도를 인슐린이라는 호르몬이 적절한 수치로 조절하여 혈당을 관리할 수 있도록 인슐린 감수성을 향상시키는 역할을 합니다.
이처럼 분비된 아이리신은 다양한 종류의 마이오카인 물질과 함께 신체 곳곳으로 퍼져 여러 긍정적인 작용을 하고 있는데, 치매와 관련하여 충분히 영향을 줄 수 있는 연관 물질로 주목받고 있는 이유는 아이리신 분비 여부와 치매가 서로 밀접한 연관성이 있음을 여러 종류의 실험 연구 결과를 통해서 나타나고 있기 때문입니다.
미국 콜롬비아 대학 소속의 의과 연구팀은 일반인과 치매 환자의 뇌를 비교 분석하였는데, 기억력과 공간지각 능력을 담당하는 ‘해마’에서 아이리신이 분포되어 있다는 사실을 발견했습니다.
그런데 치매 환자의 해마에서는 일반인보다 아이리신의 수치가 적게 나타난 것을 확인할 수 있었죠.
그리고 정확한 결과를 얻기 위해 동물 쥐 실험도 진행하였습니다. 쥐의 해마에서 아이리신이 제 기능을 할 수 없도록 차단을 시켰더니, 신경 세포들을 서로 연결하면서 신호와 정보를 전달하고 처리주는 기능을 담당하는 뇌의 시냅스가 약화되었으며 기억력 또한 감소되는 것을 발견하게 됐습니다. 그런데 아이리신의 수치를 정상적으로 회복시키자 시냅스가 다시 제 기능을 할 수 있게 되었으며 기억력도 같이 회복되었습니다.
또한 몇 주간 쥐에게 물속에서 스스로 헤엄칠 수 있는 수영 운동을 시키면서 아이리신이 분비될 수 있도록 했습니다. 동시에 치매의 원인으로 알려져 있는 베타 아밀로이드 물질을 주입하여 기억력의 상태 변화 경과를 함께 관찰했습니다. 그런데 베타 아밀로이드를 주입해도 쥐의 기억력 변화에는 영향을 주지 않았는데, 오히려 아이리신 분비를 차단할 수 있는 약물들을 주입했더니 기억력이 감소하는 것을 확인할 수 있었습니다. 이러한 결과는 아이리신 분비가 치매를 예방하고 증상을 호전시킬 수 있는 하나의 열쇠로서 작용할 수 있음을 보여줍니다.
운동을 통해 활성화되는 ‘뇌 신경계 성장 인자 BDNF’
운동을 통해 근육에서 분비된 마이오카인이 신경 세포를 생성하고 신경가소성을 촉진하는 등 뇌의 기능을 더 활성화하고 개선하는데 긍정적인 영향을 끼칠 때 함께 활성화되는 또 다른 물질이 있습니다.
이는 뇌유래신경영양인자(Brain-Derived Neurotrophic Factor/BDNF)로, 역시 운동과 같은 물리적 활동을 통해서 발현되어 뇌 기능 향상에 도움을 주는 물질들 중 하나입니다. BDNF는 뇌와 골격근에서 생성되지만 뇌의 해마, 소뇌, 시상하부에서 대부분 분비되고 있으며 주로 해마와 피질에 고농도로 분포되어 있는 단백질 호르몬입니다.
BDNF는 뇌의 신경세포를 보호하면서도 생존, 성장, 발달, 기능을 조절하고 관여하는 역할을 합니다. 손상된 신경세포가 원래의 기능을 할 수 있도록 재생을 돕기 때문에 뇌 손상의 회복에 큰 영향을 미치죠. 또한 세포와 세포간의 연결로 정보 전달 처리를 담당하는 시냅스가 성장하고 분화할 수 있도록 촉진합니다. 시냅스는 학습과 기억, 감정 조절을 담당하는 역할이기 때문에 신경망 연결을 강화시켜주는 BDNF는 뇌가 더 좋게 작용할 수 있도록 돕기 때문에 인지 기능에 많은 영향을 끼치는 뇌세포의 에너지원의 역할을 합니다. 이처럼 BDNF는 뇌의 다양한 생리학적 기능이 활발하게 작용할 수 있도록 중요한 역할을 수행하고 있는데, 이러한 기능을 수행하는 뇌 부위들은 전부 치매와 연관이 있는 부위이기도 합니다.
알츠하이머병으로 인해 손상을 입게 되는 부위로 알려진 것은 해마와 내후각피질(insula cortex)입니다. 해마는 기억력을 담당하는 중추 역할을 하고, 내후각피질은 외부의 자극에 대한 여러 감각 기관의 정보를 통합하여 처리하는 역할을 하죠. 두 기관이 손상을 입었을 때 해당 기능에도 문제가 생기며 BDNF 수치도 현저하게 감소합니다.
몇몇의 실험 연구 결과들도 운동과 치매 그리고 BDNF의 상관관계를 보여줍니다. 미국의 일리노이주립대학의 아서 크레이머(Arthur F. Kramer) 교수가 이끄는 연구팀은 100여 명의 노인을 대상으로 1년간 유산소 운동을 진행시킨 후, 프로젝트 전과 후를 비교할 수 있는 뇌 영상 검사를 분석했는데 해마의 크기가 커진 사실을 확인했습니다. 실험에 참가한 노인들의 기억력이 향상되는 것을 발견했으며, 혈액 검사를 진행하면서 혈중 BDNF 수치도 증가하였습니다.
또한 BDNF가 뇌 기능이 정상적으로 작동할 수 있도록 영향을 미친다는 사실을 확인할 수 있는 연구도 있습니다. 미국의 뇌 신경 과학자인 페르난도 고메즈 피닐야의 동물 쥐 실험 결과에서, 쥐 여러 마리를 일정 기간 동안 쳇바퀴를 돌도록 운동을 시킴으로써 BDNF의 수치를 높였고, 그중 무리의 절반은 BDNF의 효과를 차단할 수 있는 약물을 투여했습니다. 그 이후로 두 집단의 쥐 모두에게 물속에 숨겨 놓은 물건을 찾도록 하는 실험을 진행했죠. BDNF가 그대로 활성화된 집단은 물체의 위치를 쉽고 빠르게 찾는 모습을 보여주었지만, BDNF를 차단한 집단은 물체를 찾는 데 있어서 속도도 느리고 판단력이 떨어지는 모습을 보이는 등 쉽게 물체를 찾지 못하는 모습을 보여주었습니다.
치매는 다양한 원인에 의해서 발병되는 것으로 알려져 있어서 질환의 상세한 기전에 대해서는 명확하게 밝혀진 바가 없기 때문에 앞으로도 더 많은 연구가 필요한 부분입니다. 그러나 운동이 치매와 밀접한 관련이 있음을 보여주는 연구 결과를 통해서, 운동은 뇌 기능을 활성화시켜 인지 기능이 활발하게 일어날 수 있도록 영향을 미치고, 이는 곧 치매를 예방하고 증상을 일부 완화하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 특히 마이오카인의 아이리신과 BDNF는 뇌의 기능에 관여하는 호르몬으로서 꾸준히 언급되고 있기 때문에, 밝혀지지 않은 숨겨진 또 다른 긍정적인 기능과 이로운 작용이 지속적인 연구를 통해 발견될 수 있기를 기대하고 있습니다.
다음 편에서 계속 이어집니다.
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