소개글
"뇌 노화"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 뇌의 노화 개요
1.2. 노화에 따른 뇌의 변화
1.3. 퇴행성 신경질환과 노화의 관계
2. 뇌세포의 구조적 변화
2.1. 육안적 변화
2.2. 미세 변화
2.3. 백질의 변화
2.4. 분자생물학적 변화
2.5. 뇌혈관의 변화
3. 신경전달물질과 신경교세포의 변화
3.1. 아세틸콜린 신경계
3.2. 노아드레날린 신경계
3.3. 세로토닌 신경계
3.4. 도파민 신경계
3.5. 신경교세포의 변화
4. 퇴행성 신경질환
4.1. 다른 신경학적 징후를 동반하지 않은 진행성 치매증후군
4.2. 다른 신경학적 징후를 동반한 진행성 치매증후군
4.3. 자세와 운동의 이상을 보이는 증후군
4.4. 진행성 운동실조 증후군
4.5. 근 쇠약 및 근 위축이 서서히 발생하는 증후군
4.6. 근위축증이 없는 연축성 대마비의 증후군
4.7. 다른 신경학적 장애를 동반하거나 동반하지 않은 진행성 맹증 또는 안근마비 증후군
4.8. 신경감각성 농증이 특징적인 증후군
5. 분자생물학적 기전
5.1. DNA 손상
5.2. 단백질 변화
5.3. 산화적 손상
6. 뇌 노화의 조절
6.1. 신경내분비계의 변화
6.2. 제한식이의 효과
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 뇌의 노화 개요
인간을 포함한 모든 생물은 태어나서 나이가 들어감에 따라 필연적으로 노화의 길을 걷게 된다. 노화는 신체의 모든 장기에서 진행되며 뇌도 그 예외는 아니다. 뇌의 노화는 유전적 요인을 포함한 생물학적, 행동적 및 환경적 요인 등 여러 인자들에 의해 복합적으로 영향을 받으며, 정상적으로 나이를 들어가는 현상과 나이와 연관된 질환과는 엄격하게 구분하기 어렵다. 조직학적으로 노인반이나 아밀로이드 침착, 그리고 콜린성 신경 전달 물질의 결핍 등이 일반적으로 알츠하이머병의 중요한 이상 소견이지만 인지 능력이 정상인 사람에서도 비슷한 변화가 흔히 발견된다. 따라서 정상적으로 나이가 들어가는 것과 병적인 노화의 상태는 서로 연속선상에 있다고 말할 수 있다. 개념적으로도 노화가 불용성 대 과용성(disuse versus overuse: the use it or lose it theory)의 결과인지, 혹은 계속해서 누적되는 손상의 결과(the wearing it out theory) 인지 구별하기 어렵다. 어떻든지 간에 나이와 연관된 퇴행성 신경계 질환들은 대개 뇌 자체의 노화와 더불어 신경계 밖의 생리학적 변화에 기인한다.
1.2. 노화에 따른 뇌의 변화
노화에 따른 뇌의 변화는 크게 육안적 변화, 미세 변화, 백질의 변화, 분자생물학적 변화, 뇌혈관의 변화로 나눌 수 있다.
육안적 변화로는 뇌 무게의 감소와 부피 감소가 있다. 건강한 사람의 뇌는 65세 전후에 약 1360g이며, 90세에 이르면 1290g까지 감소한다. 신경 방사선학적 검사 상 뇌의 부피는 60세를 지나면 매년 0.4% 씩 감소한다. 이러한 뇌 무게와 부피의 감소는 뇌가 위축(atrophy)되는 현상으로, 고랑들(sulci)이 넓어지고 이랑들(gyri)이 좁아지는 것으로 확인된다. 알츠하이머병 환자의 경우 전두엽, 시상주위엽, 측두엽에 심한 피질 위축이 관찰된다. 기저핵이나 시상도 약 20% 정도 부피가 감소한다.
미세 변화로는 신경세포 수의 감소, 신경 몸체와 신경돌기의 위축, 연접 밀도의 감소 등이 나타난다. 인간의 뇌세포 총 수는 남자 230억, 여자 190억 개 정도이지만 나이를 먹어감에 따라 전반적으로 감소한다. 신경세포의 부피 감소는 곧 교세포의 수와 부피의 증가를 가져온다. 연접의 밀도는 60세를 전후해서 감소하며 연접전 말단은 약 29% 정도 줄어든다.
백질의 변화로는 백질의 X-선 투과도 증가, 자기공명영상의 T2 강조영상에서 신호 강도 증가 등이 나타난다. 이는 피질하 뇌연화증, 비스완저병, 피질하 동맥경화성 백색질뇌증 등으로 불리며, 신경전도의 이상으로 인한 인지기능 장애를 유발한다. 병리학적으로는 혈관주변공간의 확장, 혈관의 부분적 확장 등이 관찰된다.
분자생물학적 변화로는 색소 침착, 봉입체의 출현, 세포골격 단백질의 변화 등이 나타난다. 색소로는 lipofuscin, neuromelanin 등이 있으며, 봉입체에는 히라노 소체, 루이 소체 등이 있다. 또한 미세관-연관 단백질 중 하나인 타우 단백질의 과도한 인산화가 관찰된다.
뇌혈관의 변화로는 죽상동맥경화증, 동맥경화증, 저관류 등이 발생하여 뇌 손상을 유발한다. 특히 뇌 백질의 긴 침투혈관이 허혈성 손상에 취약하며, 해마도 허혈이나 흥분독성에 특별히 취약하다.
이와 같이 노화에 따라 뇌에서는 다양한 해부학적, 생리학적 변화가 나타나며, 이는 궁극적으로 뇌 기능의 저하와 퇴행성 신경질환 발병과 연관되어 있다.
1.3. 퇴행성 신경질환과 노화의 관계
퇴행성 신경질환은 점차적으로 신경세포가 소멸됨으로써 인지능력 상실, 운동기능 상실 등을 초래하여 사망에 이르게 하는 질환이다. 알츠하이머병, 프리온 질환(prion diseases) 등이 대표적이며 노화의 과정에 따라 그 발병빈도가 증가하는 특징을 가지고 있다. 이들 질환은 모두 단백질의 변성이 신경세포사멸을 유도하는 것으로 생각되고 있다. 알츠하이머병에서는 Aβ(amyloid β), 프리온 질환에서는 PrP(prion protein)가 원인으로 제시되고 있다. 이들 질환은 원인이 불분명한 상태로 발병하는 경우가 거의 대부분이며 극히 일부분이 유전적 원인에 의해 발병된다.
알츠하이머병의 경우에는 APP(amyloid precursor protein), PS 1(presenilin 1), PS 2(presenilin 2)의 돌연변이가 병을 일으키는 것으로 알려져 있으며, 프리온 질환의 경우에도 PrP를 코딩하는 유전자(PRNP)에 돌연변이를 가진 가족형 질환이 발견되었다. APP, PS 1, PS 2의 돌연변이는 모두 Aβ의 양을 증가시키며 이것이 신경세포 사멸의 주원인이라고 보고되었다. 최근 연구에서는 PS 1의 점돌연변이에 의해 신경세포의 외부스트레스에 대한 저항성이 감소하여 세포사멸이 쉽게 일어날 수 있다는 사실이 보고되었다. PrP의 돌연변이는 정상적으로 발현되는 프리온 단백질과는 달리 단백질 분해효소에 저항성을 가지는 프리온 단백질을 축적시키는 결과를 초래하여 세포를 사멸시키는 것으로 알려져 있다.
그러나 이러한 퇴행성 신경질환의 신경세포가 어떻게, 왜 죽는지에 대한 분자생물학적 기전은 많은 것이 알려져 있지 않으며 최근 많은 신경과학 연구자들이 이 연구에 몰입하고 있다. 퇴행성 신경질환의 일부 병리현상은 노화된 뇌조직에서도 나타나며, 일부 연구자들의 경우에는 PS 1, PS 2 돌연변이에 의해 발병한 알츠하이머병의 경우 비교적 젊은 나이에 병이 발병하기 때문에 결국 노화과정이 촉진되어 질환이 유도된 것으로 보기도 한다. 따라서 퇴행성 신경질환에서의 신경세포 사멸기전을 연구함으로써 신경세포의 노화에 따른 변화를 규명할 수 있을 것이다.
퇴행성 신경질환에서 신경세포의 사멸에 대한 기작연구는 꾸준히 진행되어 조금씩 그 본질에 다가서고 있다. 그 중 최근 들어 많은 연구결과들이 발표되고 있고, 노화의 가설로도 제시되고 있는 산소자유기(oxygen radical)에 의한 산화적 손상의 기전이 주목받고 있다. 산화적 손상이 퇴행성 신경질환과 노화의 과정에서 신경세포 죽음의 중간 단계로 작용할 것이라는 가설은 예전부터 제기되고 있었으나 최근 연구결과들이 발표되면서 그 기전이 규명되어가고 있다. 알츠하이머병에서 뇌조직의 산화적 손상이 일어남이 알려져 있으며, Aβ는 세포배양실험에서 산화적 손상을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 프리온 질환의 실험동물 모델인 스크래피에 감염된 마우스와 햄스터에서도 산화적 손상이 일어나는 것이 확인되었다.
따라서 퇴행성 신경질환과 뇌의 노화는 밀접한 관련이 있으며, 산화적 손상과 단백질 변성이 주요한 공통적 원인으로 작용하고 있음을 알 수 있다. 퇴행성 신경질환에 대한 분자생물학적, 생화학적, 유전학적 연구는 뇌의 노화 기전 규명에도 적용될 수 있을 것이다. 또한 이러한 연구는 궁극적으로 퇴행성 신경질환의 예방과 치료방법 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
2. 뇌세포의 구조적 변화
2.1. 육안적 변화
건강한 사람의 뇌는 65세 전후에 그 무게가 약 1360g이고 90세에 이르면 1290g에 달하며 사람에 따라 동년배에서 약 15% 정도의 편차를 지닌다. 남자가 여자에 비해 150g 정도 무겁다. 신경 방사선학적 검사 상 뇌의 부피는 60세를 지나면 매년 0.4% 감소하는 것으로 확인되며, 부검 결과 뇌의 중량이 매년 2-3g씩 줄어드는 것으로 되어있다. 이러한 현상을 뇌가 위축(atrophy)된다고 하고 이는 고랑들(sulci)이 넓어지고 이랑들(gyri)이 좁아지는 것으로 확인할 수 있다. 인지 기능이 정상인 사람에서는 심한 뇌피질 위축은 없으나 알츠하이머병 환자의 뇌에서는 전두엽, 시상주위엽 및 측두엽(frontal, parasagittal, temporal lobe)에 심한 피질 위축이 확인된다. 기저핵이나 시상도 나이가 들어감에 따라 약 20% 정도 그 부피가 감소한다. 그러나 두정-후두엽 부위(parieto-occipital region)는 비교적 일정한 부피를 유지한다.
2.2. 미세 변화
뇌세포의 미세 변화를 살펴보면, 인간의 뇌세포 총 수는 139억에서 남자는 230억, 여자는 190억 개 정도로 알려져 있다. 나이를 먹어감에 따라 전반적으로 그 수가 감소되는 것으로 기술되어 왔지만 최근 입체학적 방법(stereological method)을 이용한 연구에 따르면, 비록 신경 몸체의 지름이 감소하고 피질의 두께가 감소하더라고 신경 세포의 개수는 크게 차이가 없는 것으로 밝혀졌다. 즉, 이러한 신경의 위축은 60세를 전후해서 시작되고 뇌 피질의 층에 따라 특이하게 일어난다. 예를 들면 gyrus rectus에서는 3번째 층은 심하게 위축되지만 5번째 층은 65세를 지나더라도 일정한 상태를 유지하는 것으로 나타났다.
연접의 밀도는 60세를 전후해서 감소하며 연접전 말단은 약 29% 가량 줄어들고 수상돌기나 축삭의 구조적 소성을 결정하는 연접 단백도 감소하게 된다. 이러한 연접의 손상은 바로 인지 능력이나 기억력 감퇴 등 기능적 소실로 나타나며 동물 실험에서 해마의 신경세포 수는 감소하지 않았더라도 연접 밀도의 감소가 해마를 통한 학습 능력의 저하를 가져오는 것이 확인되었다.
신경 세포의 부피 감소는 곧 교세포의 수와 부피의 증가를 가져온다. 늙은 쥐들이나 인간의 뇌에서 교세포의 표지자인 glial fibrillary acidic protein이나 글루타메이트 합성 효소(glutamate synthetase)가 증가되는 것으로 보아 알 수 있다. 이와 같이 신경계 세포들은 나이가 들어감에 따라 여러 변화를 겪어가며 노화되지만 노년에 이르러서도 인지 자극에 힘입어 신경 돌기나 연접들이 변화하면서 신경계의 가소성(plasticity)은 어느 정도 유지된다.
2.3. 백질의 변화
정상적인 신경전도에는 신경수초와 핍지교세포(oligodendrocyte)의 온전한 보전이 필수적이다. 연령이 증가해 감에 따라 백질에 광범위한 변화가 일어나며 이는 방사선학적으로 확인할 수 있다. 즉 백질의 X-선 투과가 증가되어 전산화단층촬영상 그 음영이 정상보다 검게 보이며, 자기공명영상에서는 그 신호강도가 T2강조영상에서 높게나타난다. 이를 subcortical hyperintensity, leukoaraiosis,...
참고 자료
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