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美 예일 의대 "신종 코로나, 뇌 신경세포에도 감염한다"

송고시간2021-01-13 17:19

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신종 코로나바이러스가 중추신경계(뇌와 척수)에 침입하면 두통, 미각 및 후각 상실, 망상, 뇌졸중, 뇌출혈 등의 증상이 나타날 수 있다.

신종 코로나바이러스가 직접 혈뇌장벽을 뚫고 뇌의 뉴런(신경세포)이나 다른 유형의 뇌세포에 감염하는지는 아직 확실히 규명되지 않았다.

신종 코로나바이러스가 중추신경계에 감염해 뇌 신경세포를 직접 손상할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

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유도만능줄기세포 배양 '미니 뇌' 실험, 허혈성 미소 뇌경색 확인

코로나19 신경계 질환 치료 '청신호'… '실험 의학 저널' 논문

신종 코로나에 노출된 '미니 뇌'
신종 코로나에 노출된 '미니 뇌'

신종 코로나바이러스(적색)에 노출된 뇌 오르가노이드.
감염된 신경세포(회색) 주변의 많은 세포(녹색)가 산소 부족으로 죽어가고 있다.
[예일 의대 이와사키 교수팀의 '실험 의학 저널' 논문 발췌 / 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)은 호흡기 질환으로 많이 알려져 있다.

하지만 신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)는 호흡기 외의 다른 여러 인체 기관에도 영향을 미친다.

특히 신종 코로나바이러스가 중추신경계(뇌와 척수)에 침입하면 두통, 미각 및 후각 상실, 망상, 뇌졸중, 뇌출혈 등의 증상이 나타날 수 있다.

신종 코로나바이러스의 스파이크 단백질이, 병원체나 이물질의 뇌세포 유입을 차단하는 '혈뇌장벽'(BBB)을 통과한다는 동물실험 결과(작년 12월 21일/ 미국 워싱턴 의대/ 저널 '네이처 신경과학')는 보고된 바 있다.

스파이크 단백질이 혈뇌장벽의 중요한 구성 요소인 뇌 모세혈관 내피세포에 염증을 일으켜 이물질 차단 구조를 느슨하게 만든다는 연구 결과(작년 11월 2일/미국 템플대 의대/ 저널 '질병 신경생물학')도 나왔다.

하지만 신종 코로나바이러스가 직접 혈뇌장벽을 뚫고 뇌의 뉴런(신경세포)이나 다른 유형의 뇌세포에 감염하는지는 아직 확실히 규명되지 않았다.

그런데 신종 코로나바이러스가 중추신경계에 감염해 뇌 신경세포를 직접 손상할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

이는 인간의 뇌 오르가노이드(brain organoids)와 생쥐 모델 시험에서 밝혀진 것이다.

오르가노이드는 체내 환경을 모방해 유도만능줄기세포를 배양한 폐, 간, 심장 등의 미니 장기나 유사 조직을 말한다.

뇌 신경 모세혈관 구조
뇌 신경 모세혈관 구조

혈뇌장벽을 구성하는 뇌 신경 모세혈관 내피세포(적색)와 주변세포(녹색).
이들 세포는 뇌혈관의 안정성을 지키는 중요한 역할을 한다.
[막스 플랑크 연구소 B. Sheikh 제공 / 재판매 및 DB 금지]

이 연구를 수행한 미국 예일대 의대의 이와사키 아키코 교수 연구팀은 12일(현지 시각) 국제학술지 '실험 의학 저널'(Journal of Experimental Medicine)에 관련 논문을 발표했다.

연구팀은 이번 실험에서 신종 코로나바이러스가 뇌 신경세포에 감염할 수 있고, 신경 세포의 시스템을 이용해 자기 복제를 한다는 걸 알아냈다.

신종 코로나바이러스는 감염된 신경세포의 대사 작용을 자극해 자기 복제를 촉진하는 것으로 나타났다.

그 결과로 신종 코로나에 감염되지 않은 주변의 뉴런은 산소 부족으로 사멸했다.

신종 코로나바이러스는 스파이크 단백질로 숙주세포 표면의 ACE2(효소 단백질)와 결합해야 세포 안으로 들어갈 수 있다.

연구팀은 ACE2 단백질이 실제로 뇌 오르가노이드의 신경세포에 의해 만들어지고, 이 단백질 생성을 차단하면 신종 코로나 감염도 막을 수 있다는 걸 확인했다.

지금까지 뇌세포 표면에 ACE2가 존재하는지는 확실히 밝혀지지 않았다.

신종 코로나바이러스는 인간의 ACE2 단백질을 생성하게 유전자를 조작한 생쥐의 뇌에도 감염했다.

이렇게 생쥐 뇌에 들어간 바이러스는, 뇌혈관에 극적인 변화를 일으켜 뇌 조직에 대한 산소 공급을 교란할 수 있다고 연구팀은 설명한다.

실제로 신종 코로나가 생쥐의 중추신경계에 들어가면 폐에만 감염했을 때보다 훨씬 더 치명적인 결과를 가져왔다.

신종 코로나바이러스
신종 코로나바이러스

환자의 감염 조직에서 분리한 신종 코로나바이러스 입자(오렌지색)
[미 NIAID 제공·NIH 홈페이지 캡처 / 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 코로나19 사망 환자 3명의 뇌 조직도 검사해, 이 중 한 명의 대뇌 피질 신경세포에서 신종 코로나바이러스 입자를 발견했다.

이 감염 부위는 혈액 공급 감소로 조직 손상과 세포 사멸이 생기는 허혈성 뇌경색과 연관된 영역이다.

이런 미소 뇌경색(microinfarcts)은 세 환자에게서 모두 발견됐다.

결론은 뇌 신경세포도 신종 코로나바이러스의 감염 표적이 될 수 있고, 그런 감염으로 허혈성 미소 뇌경색이나 신경세포 사멸 등이 따를 수 있다는 것이다.

코로나19 환자에게 나타나는 여러 신경학적 증상도, 신종 코로나바이러스의 뇌 신경세포 감염에 따른 결과로 추정됐다.

이와사키 교수는 "앞으로 특정 환자에게만 작용하는 중추신경계 감염 요인이 있는지를 더 연구해야 하고, 뇌 감염 경로와 중추신경계의 다양한 세포 유형별 감염 순서도 확인해야 한다"라면서 "이런 작업은 신종 코로나와 허혈성 뇌경색 사이의 연관성을 입증하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다.

cheon@yna.co.kr

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