아이오와주립대학의 놀라운 연구에서 특정 단백질이 알츠하이머에 의해서 유발되는 참담한 기억력 상실을 늦출 수 있는 것으로 나타났다. 동대학 식품과학 및 영양 연구자인 Auriel Willette 박사는 신경성 펜트락신-2(neuronal pentraxin-2)라 불리는 단백질의 수치가 높으면 알츠하이머 환자들의 인지 능력 하락이 늦어지고 뇌의 퇴화가 감소시킨다는 사실을 발견했다. 이번 연구 결과는 6월 3일부터 6일까지 미국 시애틀에게 개최될 ‘Psychoneuroimmunology Research Society’ 연래 과학회의에 발표될 예정이다. Willette 박사는 “알츠하이머는 파괴적인 질환이다. 다른 퇴행성 신경질환과 달리 알츠하이머는 자신을 잃어버리게 만든다”고 설명했다.
노인의 정신기능 장애를 특징적으로 나타내는 알츠하이머는 전체 치매의 80% 이상을 차지하는 가장 흔한 형태이다. WHO의 보고에 따르면, 전세계 60대 이상 노인의 10명 중 1명의 비율로 알츠하이머를 앓고 있지만 환자 3명 중 1명만이 치료를 받고 있다고 한다. 미국 알츠하이머 재단에서는 2050년에 미국에서 65세 이상의 노인 1400만 명에게 발생하여 연간 1조 달러의 비용을 유발시킬 것으로 추산하고 있다. 알츠하이머의 원인은 아직까지 정확하게 규명되지는 못했지만 환자들의 뇌에서 관찰되는 비정상 베타-아밀로이드(beta-amyloid)의 축적에 의한 과도한 아밀로이드 플라크(plaque)와 타우(tau) 단백질들이 서로 엉켜서 이루어진 신경원섬유 엉킴(neurofibrillary tangles)이 역할을 할 것으로 믿고 있다.
끈적한 단백질 덩어리인 아밀로이드 플라크가 뇌세포 사이의 의사 소통을 차단함으로써 알츠하이머의 주요 증상인 치매를 유발시키게 된다. 염증은 아밀로이드 플라크 형성의 주요 원인 중 하나로서 오랫동안 여겨져서 연구되어 왔다. 또한 과학자들은 알츠하이머 환자들의 뇌에서 발견되는 세포의 사멸과 뇌의 위축에서도 염증이 중요한 역할을 수행하는 것으로 오랫동안 추측해왔다. 그러나 이전 연구들에서는 뇌에서 발생하는 염증에서 여러 면역 단백질들의 다양한 역할을 충분히 강조하지 못했으며, 이들이 장기적으로 뇌에 어떤 영향을 끼치는지도 보여주지 못했다.
Willette 박사는 알츠하이머 질환 신경영상 이니셔티브로부터 환자들의 뇌 영상과 척수액 시료를 확보하여 이번 연구를 진행했다고 한다. 그는 뇌 영상과 척수액을 비교하여 알츠하이머가 없는 정상인들, 알츠하이머 발생 초기의 가벼운 인지기능 이상과 기억력 손상이 있는 환자들, 알츠하이머 증상이 심각한 환자들의 3가지 그룹으로 분류했다. 여기서 Willette 박사는 면역 기능과 뉴런(neuron) 사이의 연결의 조절하는 신경성 펜트락신-2 단백질의 수치가 높은 사람들은 2년 후에도 기억력 상실이 덜한 것을 발견했다. 또한 그는 척수액에서 염증성 단백질이 높은 환자들의 경우에는 2년 후에 기억력 상실과 뇌 위축이 더 심한 것도 확인했다.
신경성 펜트락신-2 단백질은 전기적 충격과 화학적 신호를 수송하는 신경세포인 뉴런에서 주로 생성된다고 한다. 이 단백질은 뉴런들 사이를 연결시키거나 재구성하는데 관여하며, 오래된 파편과 비효율적인 연결을 제거하고 새로운 연결을 형성시킨다고 한다. Willette 박사는 신경성 펜트락신-2를 오래된 건물을 밀어버려서 새로운 건물이 지어지는 것을 돕는 화학적 불도저에 비유했다. 그는 “당신이 시냅스(synapse)를 구축하는 염증 조절 단백질의 수치가 높다면, 당신은 기억 능력에서도 큰 변화는 없을 것”이라고 설명했다.
Willette 박사는 뇌의 염증에 대한 위험 인자를 줄이거나 제거하면 알츠하이머를 예방하는데 도움이 될 것이라고 밝혔다. 과체중이나 비만 환자들은 알츠하이머 발생 위험이 높은데, 그 이유는 과도한 체중이 뇌에서 염증을 유도하기 때문이라고 한다. 운동은 뉴런 사이의 활성을 유도하는데 도움을 주는데, 이 때에 사람들의 신경성 펜트락신-2이 수치도 높아진다고 한다. 그는 “가벼운 운동과 체중의 감소는 뇌에서 만성 염증을 줄여줄 것이다. 운동은 당신의 보호 인자를 확실하게 늘려주게 된다”고 밝혔다.
머리를 쓰는 작업, 취미, 사회적 관계도 신경성 펜트락신-2와 같은 보호 단백질의 생산을 촉진시키는 것으로 생각되고 있다. 더하여 새롭거나 복잡한 인지 과제(cognitive tasks)들도 뉴런 사이에서 새롭거나 복잡한 연결을 형성하는데 도움이 된다고 Willette 박사는 지적했다. 그는 “높은 수준의 교육에 참여하거나, 정신 능력이 요구되는 직업을 갖거나, 머리를 쓰는 일을 정기적으로 지속적으로 하는 것을 인지 예비능(cognitive reserve)이라고 부르고 있다. 인지 예비능은 기억력 상실이나 알츠하이머에 대한 보호 효과를 내는 것으로 생각되고 있다. 신경성 펜트락신-2는 뉴런 사의 연결을 만들고 재구축하는데 도움을 주어서 복잡한 연결고리들을 늘림으로써 뇌에서 인지 예비능 구축에 핵심적인 역할을 하는 듯하다”고 설명했다.
그러나 Willette 박사는 비스테로이드성 항염증제나 통증 경감제를 이용하여 염증을 줄이는 것에 주의가 요구된다고 지적했다. 그 이유는 아직 과학자들이 이들 약물들이 기억력 상실과 관련된 염증을 예방하는데 도움이 되는지를 확인하지 못했으며, 과도한 약물 복용은 장기 손상이나 급사를 유발시킬 수 있기 때문이다. 그는 “문헌에서도 혼란스러운 점이 있다. 일부 연구들은 보호 효과를 보여주고 있지만 나머지는 그렇지 못하다. 기억력이 손상된 사람들이 약물을 복용하는 것도 문제이다. 이들 환자들은 자신들이 약물을 복용하는 것을 잊거나 너무 많이 복용하기 때문”이라고 밝혔다.
Willette 박사는 알츠하이머와 체중 및 후성유전학적 변화(DNA의 변화 없이 유전자 활성의 변이가 발생하는 현상) 사이의 관련성을 확인하는 추가 연구를 희망하고 있다고 한다. 또한 그는 알츠하이머를 완치시키지는 못하더라도 증상을 늦추는 것 만으로도 간병인들에게 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 그는 “우리가 3~4년만이라도 이들 증상의 진행을 늦추거나 일시적으로 중단시키더라도 이들 환자들의 삶과 그들의 가족들의 삶에 의미 있는 영향을 가져다 줄 것”이라고 설명했다.
Proteins may slow memory loss in people with Alzheimer's
Date: May 21, 2015
Source: Iowa State University
Summary: Certain proteins may slow the devastating memory loss caused by Alzheimer’s disease, according to a groundbreaking new study. The researchers found evidence that an elevated presence of a protein called neuronal pentraxin-2 may slow cognitive decline and reduce brain atrophy in people with Alzheimer's disease.
Certain proteins may slow the devastating memory loss caused by Alzheimer's disease, according to a groundbreaking Iowa State University study.
Auriel Willette, a researcher in food science and human nutrition, found evidence that an elevated presence of a protein called neuronal pentraxin-2 may slow cognitive decline and reduce brain atrophy in people with Alzheimer's disease.
Willette will present his findings at the Psychoneuroimmunology Research Society's annual scientific meeting, June 3 to 6 in Seattle.
The Alzheimer's Association predicts that by 2050, nearly 14 million Americans over 65 will have Alzheimer's. Caring for them will cost an estimated $1 trillion every year.
"It's just a devastating illness," Willette said. "Unlike a lot of other neurological diseases, Alzheimer's disease basically robs you of yourself."
A groundbreaking study
Researchers have long suspected that inflammation in the brain leads to the cell death and brain atrophy found in people with Alzheimer's disease. Yet previous studies didn't place much emphasis on the varying roles of different immune proteins and how they might change the brain over time.
As part of his latest research, Willette analyzed data from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, an effort to collect and archive brain images and spinal fluid samples for researchers.
He compared brain scans, as well as fluid from the brain and spine, from three groups: people without Alzheimer's disease, people with mild cognitive impairment or memory problems who may have Alzheimer's disease, and people with full-blown Alzheimer's disease.
Willette found that participants with higher levels of neuronal pentraxin-2, the protein that regulates immune function and connections between neurons, showed little or no memory loss after two years. He also found that participants with higher levels of inflammatory proteins in their cerebrospinal fluid showed modestly greater memory loss and brain atrophy over two years.
Neuronal pentraxin-2 is naturally produced in the body, primarily by neurons -- nerve cells that carry electrical impulses and chemical signals. The protein seems to be involved in forming or reconfiguring connections between neurons, possibly by clearing away old debris or inefficient connections to make way for new connections.
Willette compared neuronal pentraxin-2 to a chemical bulldozer, clearing away old buildings to make way for new buildings.
"If you have high levels of this synapse-building, inflammation-regulating protein, you may not have as much, if any, change in your memory," he said.
Reducing risk factors
Reducing or eliminating risk factors for brain inflammation may help prevent Alzheimer's disease, Willette said.
People who are overweight or obese are particularly at risk of developing Alzheimer's disease because excess body weight leads to inflammation in the brain. Exercise can help induce more activity between neurons, which could in turn boost a person's level of neuronal pentraxin-2.
"If part of this is related to obesity, moderate exercise and reducing body weight can reduce chronic inflammation in the brain," he said. "Exercise definitely does increase your protective factors."
Complex jobs, hobbies, and social interactions might promote the production of protective proteins like neuronal pentraxin-2. Engaging in new or complicated cognitive tasks tends to form new or more complex connections between neurons, Willette said.
"Attaining higher levels of education, having a mentally demanding job, or regular and sustained mental effort builds something called cognitive reserve," Willette said. "Cognitive reserve is thought to be a protective factor against memory loss and Alzheimer's disease. Neuronal pentraxin-2 may play a role in building cognitive reserve, helping to help create and remodel connections between neurons to handle the increased complexity thrown at the brain."
Willette cautions against the use of nonsteroidal anti-inflammatory drugs, or pain relievers, to reduce inflammation. Researchers don't know if these medications can help prevent the kind of inflammation associated with memory loss, and taking too many pain relievers can cause organ damage and even death.
"The literature is mixed," he said. "Some studies find a protective effect, some do not. For people with memory loss, taking pills is also an issue. They may forget to take their pills or take too many."
Willette hopes that future studies will look at how Alzheimer's disease relates to body weight and epigenetics -- variations in gene activity that are not caused by changes in DNA. Even if researchers are unable to find a cure for Alzheimer's disease, slowing its symptoms could be a major help to caregivers.
"If we can slow the symptoms or halt them temporarily for even three or four years, that could have a very meaningful impact on the ability to have people live their lives as opposed to having so much of it taken up with dealing day in and day out with this disease," Willette said.
