Distinct cortical immune-signaling profiles in autism spectrum disorder and severe mental illness

인간의 뇌는 고립된 장기가 아닙니다. 뇌는 신체의 면역 체계와 끊임없이 조용한 대화를 나누며 존재합니다. 우리는 흔히 면역을 혈액 속에서 감염과 싸우는 방어 부대로 생각하지만, 뇌에도 그 자체의 버전인 면역 체계가 있습니다. 뇌 내부의 특화된 세포들은 파수꾼 역할을 하며, 사이토카인이라 불리는 화학적 신호를 방출하여 염증을 관리하고, 손상을 복구하며, 심지어 발달 과정에서 뇌의 연결망을 구축하는 데 도움을 줍니다. 이러한 의사소통이 잘못될 경우, 연구자들이 여러 심각한 뇌 질환의 원인이라고 의심하는 만성적인 저수준 염증 상태로 이어질 수 있습니다. 가장 두드러진 두 가지 사례는 세상과 연결되는 방식에 영향을 미치는 신경 발달 질환인 자폐 스펙트럼 장애와, 사고와 기분의 심각한 장애를 동반하는 조현병 및 양극성 장애와 같은 중증 정신 질환입니다. 수년 동안 과학자들은 이 매우 다른 질환들이 하나의 공통된 근본 원인, 즉 염증 상태에 갇힌 뇌를 공유하고 있는 것은 아닌지 궁금해해 왔습니다. 만약 그렇다면, 이는 두 질환 모두를 아우르는 단일한 유형의 치료법을 향한 가능성을 시사하는, 동일한 생물학적 기전이 두 질환을 모두 주도한다는 것을 의미할 것입니다.

이 가설을 검증하기 위해, 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 연구팀은 혈액 검사나 이론에 의존하는 대신 뇌 조직 자체를 직접 들여다보기로 했습니다. 그들은 소리를 처리하고 사회적 상호작용에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 자폐증과 중증 정신 질환 모두에서 변화가 자주 나타나는 영역인 상측두회(superior temporal gyrus)에 집중했습니다. 연구팀은 사후에 과학을 위해 신체를 기증한 72명의 뇌 샘플을 수집했습니다. 이 그룹에는 정신 질환 병력이 없는 29명, 자폐증 진단을 받은 17명, 그리고 조현병, 양극성 장애 및 관련 질환을 포함한 중증 정신 질환 진단을 받은 26명이 포함되었습니다. 수십 개의 단백질을 동시에 측정할 수 있는 민감한 기술을 사용하여, 연구진은 이 뇌 샘플들 내의 48가지 서로 다른 면역 관련 화학 물질을 분석했습니다. 그들은 특정 패턴, 즉 자폐 그룹과 중증 정신 질환 그룹 모두에서 나타나는 공유된 '염증 서명(signature)'을 찾고자 했으며, 이를 통해 공통된 염증 상태라는 이론을 확인하고자 했습니다.

그러나 그들이 발견한 것은 공유된 서명이 아니라, 서로 다르고 대조적인 두 가지 이야기였습니다. 자폐증 환자의 뇌 조직은 매우 특정한 면역 활동 패턴을 보여주었습니다. 이는 면역 체계의 모든 부분을 영향을 미치는 일반적이고 광범위한 염증이 아니었습니다. 대신, 변화는 IL-1이라는 단백질과 관련된 특정 가족형 신호 분자에 집중되어 있었습니다. 자폐 그룹에서는 IL-1α, IL-18, 그리고 FLT-3L이라는 성장 인자의 수치가 건강한 대조군과 중증 정신 질환 그룹 모두보다 유의미하게 높았습니다. 또한 연구진은 뇌 내 면역 세포의 유지와 관리를 돕는 단백질인 M-CSF의 수치도 상승한 것을 발견했습니다. 이러한 조합은 자폐증의 경우, 뇌가 단순히 염증이 생긴 상태가 아니라, 표적화된 염증 반응과 더불어 면역 세포의 발달과 유지를 지원하는 특정 경로를 능동적으로 활용하고 있음을 시사합니다. 이는 혼란스럽고 일반적인 화재라기보다는, 선택적이고 조직된 변화입니다.

반면, 중증 정신 질환 그룹의 뇌 조직은 다른 이야기를 들려주었습니다. 이 그룹은 자폐증에서 보였던 IL-1 가족 단백질의 광범위한 상승을 보이지 않았습니다. 대신, 이들의 가장 두드러진 차이점은 이오탁신(eotaxin)이라 불리는 단백질의 단일하고 급격한 증가였습니다. 자폐 그룹이 여러 단백질이 얽힌 복잡한 변화의 망을 보여준 것과 달리, 중증 정신 질환 그룹은 이 특정 마커와 몇몇 미세한 변화들로 정의되었습니다. 연구진이 고급 통계 방법을 사용하여 전체 단백질 프로필을 함께 분석했을 때, 세 그룹(건강한 대조군, 자폐, 중증 정신 질환)은 서로 명확히 구분되었습니다. 데이터는 두 임상 그룹 모두 건강한 뇌에 비해 변형된 면역 신호를 가지고 있었지만, 그 변형의 본질은 근본적으로 다르다는 것을 보여주었습니다. 이 질환들이 단일하고 균일한 염증 상태를 공유한다는 아이디어는 증거에 의해 부정되었습니다. 대신, 각 질환은 자신만의 고유한 면역 프로필을 가지고 있는 것으로 보였습니다.

연구는 또한 사람들이 나이가 들어감에 따라 이러한 면역 신호가 어떻게 변하는지도 살펴보았습니다. 건강한 뇌에서는 이오탁신과 FGF-2 같은 특정 단백질이 나이가 들면서 예측 가능한 방식으로 상승하는 경향이 있었습니다. 그러나 자폐와 중증 정신 질환 그룹 모두에서 이러한 패턴은 무너졌습니다. 예를 들어, 임상 그룹에서의 나이와 이오탁신 사이의 관계는 건강한 대조군에 비해 약했습니다. 이는 이 질환들에서 뇌의 면역 체계가 노화 과정과 상호작용하는 방식이 변형되었음을 시사하지만, 이 역시 두 질환이 동일한 변화를 겪는 것은 아니라는 점을 보여줍니다. 연구진은 뇌 조직에서의 발견이 혈액 검사 결과와 항상 일치하지는 않는다는 점에 주목했습니다. 예를 들어, 혈액 연구에서는 자폐증에서 IL-1β의 수치가 높게 나타나기도 하지만, 연구진의 뇌 샘플에서는 이 단백질이 측정하기에 너무 드물게 나타났으며, 대신 높은 수준의 IL-1α를 발견했습니다. 이는 혈액에서 일어나는 일이 반드시 뇌 내부에서 일어나는 일을 반영하는 것은 아니라는 중요한 지점을 강조합니다.

궁극적으로, 이러한 발견은 면역 체계가 뇌 질환과 어떻게 연관되는지에 대한 우리의 이해를 정교하게 다듬어 줍니다. 이 연구는 신경 면역 신호가 자폐증과 중증 정신 질환 모두에서 실제로 변형되어 있음을 확인해주지만, 이것이 공유된 일반적인 문제라는 생각은 거부합니다. 대신, 자폐증의 뇌는 선택적인 면역 세포 지원과 특정 염증 신호 전달의 경로를 지나가고 있는 듯 보이며, 중증 정신 질환의 뇌는 이오탁신의 상승과 같은 뚜렷한 화학적 변화를 특징으로 하는 다른 궤적을 따릅니다. 이러한 결과는 면역 체계가 이 다양한 질환들의 수렴 지점이라는 점은 인정하면서도, 그 면역 체계가 잘못 작동하는 구체적인 방식은 질환마다 고유하다는 점을 시사합니다. 이러한 구별은 매우 중요합니다. 왜냐나 일반적인 염증을 낮추도록 설계된 치료법이 모든 사람에게 효과적이지 않을 수 있음을 의미하며, 향후 치료법은 각 질환의 고유한 면역 서명을 표적으로 삼아야 할 수도 있기 때문입니다. 이 연구는 뇌의 면역 지형에 대한 더 명확하고 미묘한 지도를 제공하며, 서로 다른 질환들이 염증이라는 공통된 주제를 공유하는 것처럼 보일지라도, 각자가 연주하는 선율은 완전히 독자적임을 보여줍니다.