Adult hippocampal neurogenesis is age dependent and differently modulated in male and female wild house mice
야생 집쥐를 대상으로 한 이 연구는 연령이 암수 모두에서 성체 해마 신경발생 감소의 주요 동인인 반면, 이 과정에 영향을 미치는 특정 신경조절물질은 암컷의 경우 테스토스테론과 프로게스테론이, 수컷의 경우 2-아라키도노일글리세롤(2-AG)이 가장 결정적인 역할을 하는 등 암수 간에 현저히 다르다는 것을 밝혀냈다.
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뇌는 어린 시절에 성장이 끝나는 정적인 기관이 아닙니다. 인간을 포함한 많은 포유류에서 뇌는 평생 동안 새로운 신경 세포를 계속해서 만들어냅니다. 성체 해마 신경 발생(adult hippocampal neurogenesis)이라고 알려진 이 과정은 학습, 기억, 그리고 정서적 균형에 필수적인 해마라고 불리는 특정 영역에서 일어납니다. 이 영역을 신선한 뉴런이 태어나고, 성숙하며, 뇌가 새로운 경험에 적응할 수 있도록 기존의 네트워크에 통합되는 건설 현장이라고 상상해 보십시오. 과학자들은 이 건설 작업이 동물이 나이가 들면서 느려진다는 것을 오래전부터 알고 있었지만, 우리가 이해하고 있는 대부분은 통제된 실험실의 생쥐 연구를 통해 얻은 것입니다. 실험실 생쥐들은 완벽하고 변하지 않는 조건 속에서 살아갑니다. 이는 다음과 같은 의문을 제기합니다. 예측 불가능한 날씨, 사회적 갈등, 그리고 먹이를 찾고 포식자를 피해야 하는 끊임없는 필요성이 존재하는 실제 세상에서 직면할 때도 동물의 뇌는 똑같이 노화하는가? 이를 답하기 위해, 연구자들은 출생부터 죽음까지의 삶이 완전히 기록된 야생 동물을 관찰할 필요가 있었습니다. 이를 통해 자연스러운 환경 속에서 연령과 신체의 자체적인 화학적 신호가 어떻게 상호작용하는지 살펴볼 수 있기 때문입니다.
과학자 팀은 스위스 취리히 근처의 헛간에 서식하는 대규모 야생 집쥐 집단을 연구하여 이를 조사하고자 했습니다. 이 특정 생쥐 집단은 20년 넘게 면밀히 관찰되어 왔기에, 연구자들은 생포된 모든 개체의 정확한 연령(2개월부터 2년 이상까지)을 알고 있었습니다. 12월의 어느 날, 연구진은 73마리의 생쥐(수컷 32마리, 암컷 41마리)를 포획하여 그들의 뇌와 작은 털 샘플을 주의 깊게 수집했습니다. 목표는 해마에서 새로운 젊은 신경 세포의 수를 세고, 이 숫자가 연령에 따라 어떻게 변하는지 확인하는 것이었습니다. 또한 그들은 신체의 내부 화학 물질이 이 과정에 어떻게 영향을 미치는지 이해하고자 했습니다. 이를 위해 연구진은 털 샘플을 분석하여 스트레스 호르몬, 성 호르몬, 그리고 엔도카나비노이드라고 불리는 신호 전달 분치의 수치를 측정했습니다. 혈액 검수는 특정 순간에 몸에서 일어나고 있는 일만을 보여주는 반면, 털은 지난 2~3개월 동안의 호르몬 수치를 보존하는 느린 녹음기 역할을 합니다. 이를 통해 과학자들은 각 생쥐가 처해 있었던 장기적인 화학적 환경을 볼 수 있었습니다.
가장 눈에 띄는 발견은 연령이 새로운 뇌세포 생성 수를 결정하는 단일 가장 강력한 요인이라는 점이었습니다. 생쥐가 나이가 들수록 새로운 뉴런의 생산은 급격히 감소했으며, 이는 실험실 생쥐들에게서 관찰되었던 것과 매우 유사한 가파른 하락 곡선을 따랐습니다. 이러한 감소는 암수 모두에서 나타났으며, 매우 일관적이어서 연령만으로도 발견된 새로운 세포 수의 변동 대부분을 설명할 수 있었습니다. 흥적으로, 새로운 세포의 수는 감소했지만 해마 내의 성숙한 신경 세포 총수는 안정적으로 유지되었는데, 이는 뇌가 새로운 부분을 추가하는 것을 멈추더라도 핵심 구조는 유지함을 시사합니다. 연구진은 생포 및 취급 과정의 스트레스가 결과에 영향을 미쳤는지도 확인했으나, 생쥐가 검사 전 케이지에서 보낸 시간이나 사망 후 뇌를 제거할 때까지의 시간이 결과에 아무런 영향을 미치지 않았음을 발견했습니다. 이 감소는 연구 방법의 오류가 아니라 노화의 자연스러운 일부였습니다.
연구진이 털에 저장된 호르몬을 조사했을 때, 그림은 더 복잡해졌으며 성별 간의 놀라운 차이를 드러냈습니다. 독립적으로 보았을 때, 스트레스 호르몬인 코르티코스테론의 높은 수치는 새로운 뇌세포가 적은 것과 연관되어 있었는데, 이는 스트레스가 뇌에 해롭다는 기존의 생각과 일치했습니다. 마찬가지로, 높은 수준의 테스토스테론과 프로게스테론 역시 새로운 세포 생산의 감소와 연관되어 있었으며, 이는 테스토스테론이 수컷의 뇌를 보호할 것이라는 예상에 반하는 결과였습니다. 그러나 연구진이 동물의 연령을 고려하여 모든 호르몬을 함께 분석했을 때, 이야기는 바뀌었습니다. 스트레스 호르몬인 코르티코스테론은 예측 인자로서의 유의성을 잃었습니다. 대신, 다른 화학 물질들의 영향력은 생쥐가 수컷인지 암컷인지에 따라 전적으로 달라졌습니다.
암컷 생쥐의 경우, 새로운 뇌세포의 감소는 주로 연령에 의해 주도되었으며, 그다음으로는 테스토스테론과 프로게스테론 수치였습니다. 연구진은 암컷의 프로게스테론 수치가 임신 횟수에 따라 증가한다는 점에 주목했으며, 많은 임신 경험이 새로운 뇌세포가 적은 것과 강하게 연결되어 있음을 발견했습니다. 이는 암컷에게 있어 번식의 생물학적 비용이 뇌의 새로운 뉴런 생성 능력과 상충 관계(trade-off)를 가질 수 있음을 시사합니다. 수컷 생쥐의 역학은 달랐습니다. 새로운 뇌세포를 결정하는 가장 중요한 화학적 예측 인자는 호르몬이 아니라, 2-아라키도노일글리세롤(2-AG)이라 불리는 엔도카나비노이드였습니다. 신체의 자연스러운 신호 체계의 일부인 이 분자는 수컷에게서 새로운 세포 성장과 양(+)의 관계를 보였습니다. 연령을 고려하더라도, 수컷의 높은 2-AG 수치는 더 많은 새로운 뉴런과 연관되어 있었으며, 이는 수컷에게 있어 가장 강력한 단일 요인이 되었습니다. 암컷에게 이 화학 물질은 동일한 지배적 역할을 수행하지 않았습니다.
본 연구는 노화가 뇌세포 생산을 늦추는 보편적인 힘인 동시에, 이 과정을 조절하는 화학적 신호들은 모두에게 동일하지 않다는 결론을 내립니다. 신체는 양성 모두를 위한 단일 설계도를 사용하지 않습니다. 대신, 연령, 번식 이력, 그리고 특정 화학적 신호 사이의 상호작용이 암수 각각을 위한 고유한 풍경을 만들어냅니다. 이 연구 결과는 야생에서 뇌의 가소성이 개체의 생애사와 성별 특이적 생리학에 깊이 연결되어 있음을 시사합니다. 통제된 실험실 환경을 넘어 자연 서식지에서 동물을 관찰함으로써, 연구진은 뇌 건강을 규정하는 규칙이 생각보다 훨씬 더 미묘하다는 사실을 밝혀냈습니다. 뇌는 단순히 늙어가는 것이 아니라, 야생에서 살아오며 축적된 특정 화학적 신호들에 의해 형성된 성별에 따른 고유한 방식으로 늙어가는 것입니다.
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