Environmental exposures associated with behavioral outcomes and their link to endogenous metabolites in children born very preterm

인간의 뇌는 정적인 기관이 아닙니다. 그것은 탄생 후, 특히 생애 초기 단계에서 오랫동안 활발하게 작동하는 건설 현장과 같습니다. 이 결정적인 시기에 발달 중인 정신은 주변 세계에 매우 민감하게 반응합니다. 어린 묘목이 바람과 토양에 의해 모양이 잡히듯, 아이의 뇌는 그들이 마시는 공기부터 먹는 음식에 이르기까지 환경에서 접하는 화학 물질에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 과학자들은 특정 오염 물질이 발달에 해를 끼칠 수 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 이러한 화학 물질이 작용하는 구체적인 생물학적 경로는 여전히 상당 부분 미스터리로 남아 있습니다. 이는 특히 신체와 뇌가 완전히 성숙하기 전, 아주 일찍 태어난 아이들에게 해당됩니다. 이 영아들은 자신의 생물학적 취약성과 환경 독소의 잠재적 영향이라는 이중의 과제에 직면해 있습니다. 이러한 외부 요인이 어떻게 신체의 내부 화학 작와 상호작용하는지를 이해하는 것은, 왜 어떤 아이들은 행동 및 학습에 어려움을 겪는 반면 다른 아이들은 그렇지 않은지에 대한 명확한 이유를 밝혀내고, 우리 어린 마음을 형성하는 보이지 않는 힘에 대한 더 분명한 그림을 제시해 줄 수 있습니다.

최근 한 연구에서 연구진은 이 연결 고리를 조사하기 위해 대사체학(metabolomics)이라는 강력한 도구를 활용했습니다. 단일 화학 물질이나 단일 유전자를 보는 대신, 그들은 신체의 내부 성적표 역할을 하는 미세 분자들을 찾기 위해 신체의 전체적인 화학적 풍경을 조사했습니다. 연구팀은 행동 장애 위험이 높은 것으로 알려진, 임신 30주 이전에 태어난 아동 226명에게 집중했습니다. 이 아이들이 4세가 되었을 때, 연구진은 화학적 구성을 분석하기 위해 소변 샘-플을 수집했습니다. 그들은 두 가지 유형의 분자를 찾고자 했습니다. 농약 잔류물이나 연소 부산물과 같이 체외에서 유래한 분자와, 에너지 관리, 염증 및 뇌 기능을 조절하는 인체의 자연적인 화학 물질입니다. 과학자들은 이러한 화학적 프로필을 부모가 작성한 아동의 행동 평가와 비교함으로써, 아이들이 무엇에 노출되었는지와 그들의 행동 방식 사이에 연관성이 있는지를 확인하고자 했습니다.

연구 결과, 행동 문제와 관계를 보이는 세 가지 특정 환경 화학 물질이 식별되었습니다. 이 중 하나인 벤젠(자동차 배기가스와 담배 연기에서 흔히 발견되는 공통 오염 물질)의 분해 산물은 외현화 행동(공격성이나 과잉 행동 등)과 내면화 행동(불안이나 위축 등) 모두의 높은 수준과 관련이 있었습니다. 농작물의 곰팡이를 제어하기 위해 사용되는 살충제인 또 다른 화학 물질은 전반적인 행동 문제 및 외현화 문제와 연결되어 있었습니다. 반면, 많은 과일과 채소에서 발견되는 자연 화합물인 세 번째 물질은 내면화 문제가 적은 것과 관련이 있었습니다. 그러나 이러한 초기 연관성이 데이터에서 나타났음에도 불구하고, 다중 검정(multiple testing)에 대한 엄격한 보정을 적용한 후에는 이 화학 물질들과 행동 문제 사이의 어떤 연관성도 통계적으로 유의미한 상태로 남지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 그럼에도 불구하고 연구진은 거기서 멈추지 않았습니다. 그들은 이 세 가지 화학 물질을 열쇠로 사용하여 더 깊은 층위의 이야기를 파헤쳤으며, 각 물질이 인체의 수백 가지 자연 분자들과 어떻게 연결되어 있는지 조사했습니다.

그 결과 광범위한 생물학적 변화의 모습이 드러났습니다. 벤젠 노출과 연결된 화학 물질은 세포의 발전소 역할을 하는 미토콘드리아, 즉 신체의 에너지 생산 시스템의 변화와 관련이 있었습니다. 이러한 대사 경로 중 어느 것도 보정 후 가장 높은 수준의 통계적 유의성에 도달하지는 못했지만, 분석 결과 25개의 경로가 명목적 유의성(nominal significance)을 보여 에너지 생산 및 세포 신호 전달의 잠재적 교란을 시사했습니다. 농약 잔류물은 신체가 지방과 염증 신호를 처리하는 방식의 변화와 연결되어 있었는데, 특히 염증성 지질 신호 전달, 항산화 대사, 그리고 지방산 이화 작용과 관련된 세 가지 특정 경로는 엄격한 보정 후에도 통계적으로 유의미하게 남았습니다. 식물 유래 자연 화합물은 아미노산 및 스트레스 반응과 관련된 경로와 연결되었습니다. 이러한 발견은 아이들이 특정 환경 화학 물질에 노출될 때, 그것이 단지 하나의 고립된 방식으로만 영향을 미치는 것이 아니라, 뇌 발달을 촉진하고 기분을 조절하는 데 필요한 바로 그 과정들을 방해하며 신체의 전체 대사 시스템 속으로 파동처럼 퍼져 나간다는 것을 시사합니다. 연구는 매우 조기에 태어난 아이들이 세상에 너무 일찍 도착함으로써 이미 생물학적 시스템이 스트레스를 받고 있기 때문에 이러한 교란에 특히 민감할 수 있음을 강조합니다.

연구진은 자신들의 작업이 이러한 화학 물질들이 독자적으로 행동 문제를 일으킨다는 것을 증명하는 것은 아니라고 주의를 기울였습니다. 이 연구는 노출과 행동을 4세 시점에 측정했을 뿐 수년간의 변화를 추적하지 않은 특정 시점의 스냅샷이었으며, 표본 크기도 적당한 수준이었습니다. 더욱이, 화학 물질과 행동 문제 사이의 초기 통계적 신호는 가장 엄격한 통계적 유의성 테스트를 통과하지 못했으므로, 이 결과들은 확정적인 증거라기보다는 가설 생성(hypothesis-generating)의 관점으로 보아야 합니다. 그러나 그들이 발견한 패턴은 생물학적으로 타당하며 구체적인 메커니즘에 대한 추가 조사가 필요함을 가리키고 있습니다. 결과는 환경이 단순히 아이의 발달 옆에 놓여 있는 것이 아니라, 체내에서 일어나는 화학적 대화에 능동적으로 참여한다는 것을 시사합니다. 이러한 대사적 특징(metabolic signatures)을 식별함으로써, 이 연구는 매우 조기에 태어난 아이들의 건강을 생각하는 새로운 방식을 제시하며, 연소 오염 물질과 특정 농약에 대한 노출을 줄이고 보호 효과가 있는 식물 화합물이 풍부한 식단을 확보하는 것이 신경 발달을 지원하는 데 도움이 될 수 있음을 시사합니다. 앞으로의 길은 이러한 초기 신호를 확인하기 위한 더 크고 장기적인 연구를 요구하지만, 현재의 작업은 우리의 환경과 우리 아이들의 마음 사이의 연결 고리가 어디에 있을지에 대한 설득력 있는 지도를 제공합니다.