Association of plasma biomarkers with longitudinal change in age- and Alzheimer's disease-related brain atrophy patterns

인간의 뇌는 나머지 신체 부위와 마찬가지로 나이가 들면서 변화합니다. 이러한 변화 중 일부는 노화의 자연스러운 과정으로, 모든 사람에게 일어나는 느리고 꾸준한 마모입니다. 하지만 알츠하이머병으로 이어지는 더 공격적이고 파괴적인 과정인 또 다른 종류의 변화가 있습니다. 이 질병은 사람이 기억력 상실이나 혼란의 징후를 보이기 수년 전, 때로는 수십 년 전부터 시작됩니다. 이 침묵의 단계 동안 뇌는 특정한 패턴의 손상을 발달시키기 시작합니다. 즉, 끈적한 단백질 덩어리와 뒤엉킨 타래가 생겨나 결국 뇌 조직을 수축시키고 사멸하게 만듭니다. 오랫동안 의사들은 값비싼 뇌 스캔이나 척수액 검사를 통해 환자가 이미 병에 걸린 후에야 이러한 변화를 명확하게 볼 수 있었습니다. 연구의 목적은 정상적인 노화와 알츠하이머병의 특이적인 손상을 구분할 수 있는, 혈액 검사만큼 쉬운 더 단순한 조기 경고 신호를 찾는 것이었습니다.

한 연구팀은 혈액에서 발견되는 특정 단백질들이 이러한 조기 경고 신호 역할을 할 수 있는지 테스트하기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 과학자들이 이 질병과 연관되어 있다고 믿는 단백질 그룹에 집중했습니다. 여기에는 끈적한 단백질인 아밀로이드의 조각들, 꼬인 형태의 타우 단백질 가닥, 그리고 일반적인 뇌 염증 및 신경 손상의 표지자들이 포함됩니다. 연구팀은 이 혈액 표지자들이 단순히 누군가가 결국 치매를 앓게 될지를 예측할 뿐만 아니라, 구체적으로 그들의 뇌가 시간이 지남에 따라 어떻게 변할지를 예측할 수 있는지 알고 싶었습니다. 그들은 하나의 패턴을 찾고 있었습니다. 즉, 이 표지자들이 알츠하이머병에서 보이는 특이한 유형의 수축을 가리키는 것인지, 아니면 단순히 노화에 따른 일반적인 마모를 반영하는 것인지를 확인하고자 했습니다. 답을 찾기 위해, 그들은 수백 명의 건강한 노인을 수년간 추적 관찰하며 정기적으로 혈액 샘 샘플과 뇌 스캔을 실시하여 그들의 뇌가 어떻게 변하는지 관찰했습니다.

연구진은 볼티모어의 장기 노화 연구에 참여한 818명을 대상으로 연구를 진행했습니다. 연구 시작 당시, 모든 참가자는 정신적으로 명석했으며 기억력 문제의 징후가 없었습니다. 연구팀은 각 참가자로부터 혈액 샘플을 채취하여 다섯 가지 다른 단백질의 수치를 측정했습니다. 두 종류의 아밀로이드, 두 종류의 타우, 그리고 신경 및 세포 손상을 나타내는 두 가지 표지자였습니다. 그런 다음 그들은 첨단 컴퓨터 모델을 사용하여 참가자들의 자기공명영상(MRI) 스캔을 분석했습니다. 이 모델들은 뇌의 특정 부분의 크기만을 보는 대신, 장기 전체의 형상과 수축 패턴을 살펴보았습니다. 컴퓨터는 두 가지 뚜렷한 패턴을 인식하도록 학습되었습니다. 하나는 뇌의 정상적이고 점진적인 노화처럼 보이는 패턴이고, 다른 하나는 알츠하이머병에 의해 유발되는 특이하고 공격적인 손상처럼 보이는 패턴입니다.

연구 기간 동안 연구진은 참가자들의 건강 상태를 추적했습니다. 추적 관찰 기간 동안 104명의 사람들이 경도 인지 장애 또는 치매를 앓게 되었습니다. 그중 74명은 알츠하이머병에 의한 유형의 치매가 발생했고, 나머지는 다른 원인에 의한 치매가 발생했습니다. 초기 혈액 검사 결과와 향후 몇 년간 촬영된 뇌 스캔을 비교함으로써, 팀은 어떤 혈액 표지자가 어떤 종류의 뇌 변화와 연결되는지 확인할 수 있었습니다. 그들은 특정 혈액 표지자들이 실제로 강력한 예측 인자라는 것을 발견했습니다. 구체적으로, p-tau217이라 불리는 단백질의 높은 수치는 p-tau181의 높은 수치 및 두 아밀로이드 단백질의 낮은 비율과 함께, 알츠하이머병에 가장 영향을 받는 뇌 영역의 빠른 수축 속도와 강하게 연관되어 있었습니다. 이 동일한 표지자들은 또한 해당 인물이 결국 알츠하이머병 관련 치매를 앓게 될 위험과도 연관되어 있었습니다.

연구는 서로 다른 표지자들 사이의 명확한 구분을 보여주었습니다. p-tau217 단백질은 가장 특이적이고 강력한 지표로 두드러졌습니다. 이 단백질은 알츠하이머병에서 가장 먼저 손상을 입는 경우가 많은 뇌의 깊은 부분인 내측 측두엽의 수축과 강한 연관성을 보인 유일한 표지자였습니다. 또한 기억과 사고에 중요한 영역인 두정엽 및 측두엽의 수축과도 연관되어 있었습니다. 반면, 일반적인 뇌 염증을 나타내는 GFAP라는 다른 표지자는 알츠하이머병으로 치매가 발생한 사람들뿐만 아니라 다른 원인으로 치매가 발생한 사람들에게서도 뇌 변화와 연관되어 있었습니다. 이는 GFAP가 알츠하이머병의 특이적인 징후라기보다는 일반적인 뇌 문제의 징후임을 시사합니다. 마찬가지로, 신경 섬유의 손상을 나타내는 NfL이라는 다른 표지자는 이 연구에서 알츠하이머 특유의 수축 패턴과 강한 연관성을 보이지 않았는데, 이는 NfL이 많은 유형의 뇌 손상에서 상승하는 것으로 알려져 있음에도 불구하고 그러했습니다.

연구진은 또한 이 혈액 표지자들이 모든 사람에게 일어나는 느린 쇠퇴, 즉 일반적인 뇌의 노화를 예측할 수 있는지도 살펴보았습니다. 그들은 특정 알츠하이머 표지자들이 이러한 일반적인 노화 과정을 주도하지 않는다는 것을 발견했습니다. 즉, 특정 알츠하이머 패턴을 예측하는 표지자들은 일반적인 연령 관련 쇠퇴를 예측할 수 있는 것들과는 구별되었습니다. 이는 매우 중요한 발견인데, 왜냐하면 혈액 검사가 단순히 나이가 들어가는 뇌와 알츠하이머라는 특정 질병 과정에 의해 공격받는 뇌를 증상이 나타나기 전에도 구분해 낼 수 있는 잠재력이 있음을 시사하기 때문입니다. 연구는 나중에 알츠하이머가 발생한 사람들이 이미 질병과 관련된 특정 패턴의 빠른 수축을 보이기 시작했다는 점을 확인했으며, 그들의 p-tau217 혈액 수치가 이러한 가속화된 손상의 가장 강력한 조기 경고 신호였다는 것을 입증했습니다.

결과가 유망하기는 하지만, 연구진은 본 연구에 몇 가지 한계가 있다고 언급했습니다. 알츠하이머 이외의 원인으로 치매가 발생한 사람의 수가 상대적으로 적었기 때문에, 표지자들이 알츠하이머와 다른 유형의 치매를 얼마나 잘 구별할 수 있는지에 대해 절대적으로 확신하기는 어려웠습니다. 또한, 연구는 참가자들을 평균 약 4년 동안 추적했는데, 이는 좋은 기간이긴 하지만 더 긴 연구를 통해 평생 동안 이 표지자들이 어떻게 변하는지에 대해 더 많은 것을 밝혀낼 수 있을 것입니다. 이러한 제한 사항에도 불구하고, 이 연구는 간단한 혈액 검사가 장애가 발생하기 훨씬 전부터 알츠하이머병의 특정한 뇌 변화를 식별하는 필수적인 도구가 될 수 있다는 강력한 근거를 제공합니다. 특히 p-tau217 단백질은 매우 신뢰할 수 있는 신호로 부상하며, 뇌 건강의 미래를 엿볼 수 있게 하고 조기 개입과 치료의 문을 열어주고 있습니다.