마약 중독은 약물을 끊은 뒤에도 재발 위험이 매우 높다. 그동안은 이런 현상이 충동을 조절하는 '전전두엽 피질(PFC)' 기능 저하 때문으로 여겼는데, 최근 국내외 공동 연구진이 특정 신경세포 회로의 불균형이 원인임을 밝혀냈다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 백세범 뇌인지과학과 석좌교수와 임병국 미국 캘리포니아 주립 샌디에이고대(UCSD) 교수팀이 전전두엽 내 특정 억제성 신경세포가 코카인 중독 행동을 조절하는 핵심 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.
연구팀은 파발부민 양성(PV) 억제성 신경세포에 주목했다. 이 세포가 뇌 흥분 신호를 조절하며, 금단 이후 나타나는 마약 탐색 행동을 결정짓는 중요 요소임을 확인했다.
우리 뇌의 PFC는 흥분 신호와 억제 신호가 균형을 이뤄야 충동을 억제하는 '브레이크' 기능을 수행하는데, 연구팀은 만성 약물 노출이 이런 균형을 어떻게 무너뜨리는지 확인하고자 쥐를 대상으로 코카인 투여 실험을 진행했다.
실험 결과, 전전두엽 피질 내 억제성 신경세포의 약 60~70%를 차지하는 PV 세포는 쥐가 코카인을 찾으려 할 때 활발하게 작동했다. 하지만 더 이상 약물을 찾지 않도록 훈련하는 '소거 훈련'을 진행하자 이 세포 활동은 눈에 띄게 줄었다.
PV 세포 활동 억제하자 쥐의 코카인 탐색 행동이 크게 감소했다. 반대로 이 세포를 활성화하면 소거 과정 이후에도 약물을 다시 찾는 행동이 지속됐다. 이는 설탕물과 같은 일반적인 보상에는 나타나지 않았으며, 마약 중독 행동에서만 관찰됐다.
연구팀은 이런 PV 세포 조절 작용이 어떤 뇌 회로를 통해 이뤄지는지도 확인했다. 전전두엽에서 시작된 신호는 보상과 관련된 핵심 뇌 영역인 복측피개영역(VTA)의 보상회로로 전달되며, 이 경로가 마약을 다시 찾을지 말지를 결정하는 중독 행동 조절의 핵심 통로로 나타났다.
이때 PV 신경세포는 이 신호 흐름을 조절해 도파민 신호에 영향을 주며, 중독 행동의 유지·억제를 결정하는 '조절 스위치' 역할을 한다. 즉, 중독 재발은 PV 신경세포가 전전두엽과 보상 회로를 잇는 신경 경로 조절여부에 따라 결정됨을 밝혀낸 것이다.
백세범 석좌교수는 “PV 세포가 중독 행동의 '게이트' 역할을 한다는 발견은 향후 정밀 표적 치료 전략 개발에 중요한 단서가 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 UCSD의 정민주 박사가 1저자로, 임병국 교수와 백세범 석좌교수가 공동 교신저자로 연구를 주도했고, 뉴런에 2월 26일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
