뇌를 감염으로부터 보호하는 방법

이번에는 뇌를 보호하는 메커니즘에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

B 세포의 3D 렌더링

 

 

 

 기존의 뇌 방어 메커니즘

 

뇌는 박테리아와 바이러스의 침입으로부터 엄중하게 보호되지만 이러한 방어 메커니즘은 오랫동안 미스터리로 남아 있었습니다.

뇌는 대부분의 다른 신체 시스템을 제어하고 추론, 지능 및 감정을 가능하게 하는 신체에서 가장 중요한 기관입니다.

인간은 뇌의 물리적 손상을 방지하기 위해 다양한 보호구를 가지고 있습니다.

예를 들어 뇌는 단단한 뼈(두개골, skull)로 둘러 쌓여 있고 뇌막(meninges)으로 알려진 3개 층의 방수 조직으로 덮여져 있습니다.

하지만 신체가 뇌를 박테리아나 바이러스에의한 감염으로부터 어떻게 방어하는지는 자세히 알려지지 않았습니다.

신체의 다른 곳 같은 경우는 박테리아나 바이러스가 혈류에 들어가면 면역 세포(immune cell)와 항체(antibody)가 면역 반응을 수행하여 침입자를 격퇴합니다. 지역을 지키는 군인 역할을 하는 것이죠.

그러나 뇌의 뇌막은 불 침투성 장벽(impermeable barrier)을 형성하고 있기 때문에 이러한 면역 세포가 병원균을 격퇴하기 위해 뇌로 들어갈 수 없습니다.

 

(항원은 면역 반응을 유발하는 침입자이고 항체는 면역 반응을 집행하는 보디가드라고 생각하시면 편합니다. 면역 세포는 항체를 분비하는 형질세포입니다.)

새로운 뇌 방어 메커니즘의 발견

2020년 11월 4일날 Nature에 발표된 연구에서 영국 케임브리지 대학과 미국 국립 보건원 (National Institute of Health)의 과학자들이 이끄는 연구팀은 뇌의 뇌막이 면역 세포의 본거지임을 발견했습니다.

 

이 면역 세포들은 뇌막 내의 큰 혈관 옆에 자리잡고 뇌 주변을 방어하기 위한 항체를 분비 할 수 있습니다.

 

이 세포들에 의해 생산되는 특정 유형의 항체를 살펴 보았을 때 연구원들은 놀라움을 금치 못했습니다.

그들이 관찰한 항체는 바로 장에서 흔히 볼 수 있는 유형의 항체였기 때문입니다.

 

B 세포로 알려진 특정유형의 면역 세포는 형질 세포(plasma cell)를 만들어낼 수 있습니다.

(형질 세포는 비록 며칠 동안만 생존할 수 있지만, 대량의 항체를 분비하기 때문에 체액성 면역반응을 효과적으로 일으킬 수 있습니다.)

모든 B 세포는 표면에 각각의 고유한 항체를 가지고 있습니다.

항원이 세포 표면의 항체에 결합하면 B 세포가 활성화됩니다. 이후 B세포는 동일한 항원에 대처할 수 있는 새로운 B 세포를 만들기 위해 분열됩니다.

즉 해당 병원균(항원)에 맞서 싸울 수 있는 특정 B 세포가 선택되면 이후에 세포 스스로 분열하여 세력을 키우는 것입니다.

B세포는 분열하는 동안 항체 유전자에 돌연변이를 가하여 하나의 아미노산을 변경함으로써 결합 특성이 달라지도록 만듭니다.

그 결과 다양한 종류로 만들어진 돌연변이 B 세포들 중 몇 몇은 이제 특정 병원체(항원)에 더 잘 결합할 수 있는 항체를 생산할 수 있게 됩니다. 

 

해당 병원균에 잘 결합하는 항체를 가진 B 세포 즉, 해당 병원균을 잘 물리치는 항체를 가진 B세포는 계속해서 확장 및 증식을 합니다.

반면에 해당 병원체를 잘 물리치지 못하는 항체를 지닌 B 세포는 곧 사멸하게 됩니다.

이런 메커니즘은 신체가 특정 항원을 표적화하고 파괴하기위한 최적의 항체를 생산하도록 도와줍니다.

뇌막의 항체와 장의 관계

일반적으로 혈액에서 발견되는 항체는 비장(spleen)과 골수(bone marrow)에서 생성되는 면역 글로불린 G (IgG, Immunoglobulin G)로 알려진 유형입니다. 이 항체는 신체 내부를 보호하는 역할을 합니다.

 

이와 다르게 뇌막에서 발견 된 항체는 면역 글로불린 A (IgA, Immunoglobulin A)로, 일반적으로 장 내막이나 코 또는 폐 내막에서 만들어집니다. 이는 보통 외부 환경과 접하는 표면 인 점막을 보호합니다.

연구팀은 장과 뇌막에있는 B 세포와 형질 세포에 있는 항체 유전자의 염기 서열을 분석할 수 있었고 서로 관련이 있음을 보여주었습니다.

즉 뇌막에 있는 B 세포는 장에서 특정 병원균을 인식한 B 세포가 확장하여 만들어낸 것입니다.

 

해당 연구 책임자의 견해

케임브리지 대학의 의학 및 CITIID와 웰컴 생거 연구소(Wellcome Sanger Institute)의 수석 과학자인 Menna Clatworthy 교수는 다음과 같이 말했습니다. 

 

"뇌가 뇌막의 물리적 장벽을 침범한 감염으로부터 스스로를 보호하는 정확한 방법은 수수께끼였습니다. "

"그래서 이번에 뇌를 보호하는 중요한 방어법이 장에서 시작된다는 사실을 발견한 것은 상당히 놀라운 일입니다."

"이 방어방법은 실제로는 완전히 들어맞습니다. 장의 장벽을 조금만 뚫어도 병원균이 혈류에 들어갈 수 있으며 만약 이것이 뇌로 퍼지게 되면 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다."

"하지만 다양한 장내 미생물에 대항하기 위해 선택된 항체 생성 세포가 뇌막에 자리잡게 되면 이는 뇌가 뇌를 침범할 가능성이 높은 침입자를 물리칠 수 있는 능력을 갖추었음을 의미합니다."

생쥐를 이용한 실험 결과

연구팀은 인체에서 발견되는 것과 유사한 많은 특성을 공유하는 생쥐를 사용하여 실험을 했습니다.

그들은 생쥐의 장에 박테리아가 없을 때 뇌막에도 IgA를 생성하는 세포가 없다는 것을 발견하였습니다.

 

이는 이 세포가 실제로 뇌막에 거주하기 전에 장에서 특정 장내 미생물을 인식하도록 훈련된 것임을 보여줍니다.

연구자들이 실제로 생쥐의 뇌막에서 형질 세포를 제거하자 병원균을 잡을 수 있는 항체(lgA)가 없어서 병원균은 혈류에서 뇌로 확장될 수 있었습니다.

연구팀은 수술 중 제거 된 샘플을 분석하여 인간 뇌막의 IgA 세포의 존재를 확인했으며, 이 방어 시스템이 중추 신경계 감염 (수막염 및 뇌염)으로부터 인간을 보호하는 데 중요한 역할을 할 가능성이 있음을 밝혀내었습니다.

 

요약

요약해보자면 장이 몸에 들어오는 미생물이나 바이러스를 먼저 겪어보고 이에 대한 항체를 생산할 수 있는 세포를 만들어 뇌의 뇌막에 공급하는 것입니다.

뇌를 해부해서 실험을 해야하니 인간 실험은 할 수 없었겠죠?😱

포스팅할 때 장 건강, 유산균이 많이 언급는 것을 보면 프리바이오틱스의 중요성을 많이 실감합니다.

이상으로 뇌의 감염 방어기제에 대해 알아보았습니다.