유아·아동기 스트레스, 뇌 속 신경전달물질 변화 일으켜

실험쥐 PET 영상으로 학습·기억 형성 및 감정조절 관련 신경전달물질 손상 확인

한국원자력의학원(원장 직무대행 박인철)은 오세종·최재용 박사 연구팀이 생애 초기에 받은 스트레스로 인한 신경전달물질의 변화 양상을 양전자방출단층촬영술(이하 PET)로 규명했다고 밝혔다.

생애 초기 스트레스는 성인이 되기 전 학대, 폭력, 따돌림 등 다양한 심리적 외상을 반복적이고 복합적으로 경험하게 되는 것으로 성장하면서 인격장애로 이어질 가능성이 높다.

현재 생애 초기 스트레스 관련 뇌 연구는 유전자 발현 변화 등의 분자생물학적 연구를 중심으로 이뤄지고 있지만, 실제 뇌에서 일어나는 기능적 변화에 대한 연구는 미미한 실정이다. 

연구팀은 생애 초기에 모성분리 스트레스 및 모성분리·보정 스트레스를  받은 암수 실험쥐를 대상으로 글루타메이트, 가바, 세로토닌 등 각각의 신경전달물질에 선택적으로 결합하는 방사성의약품을 주사하고 PET 영상으로 방사성의약품 흡수 변화를 관찰했다.

모성분리 스트레스를 받은 경우, 생후 2일부터 하루 4시간씩 12일간 어미 쥐로부터 분리된 쥐들은 방사성의약품 흡수율이 정상쥐와 비교해 흥분을 조절하는 억제성 신경전달물질인 가바는 암컷 19∼27%·수컷 7∼12%, 학습과 기억 형성에 중요한 역할을 하는 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트는 암컷 11∼16%·수컷 7∼15%, 감정을 조절하는 세로토닌은 암컷 19∼28%·수컷 7∼11%로 모두 낮게 나타났다.

모성분리 스트레스와 보정 스트레스를 모두 받은 경우, 어미 쥐와 분리되어 생후 20일 된 쥐를 하루 4시간씩 6일간 아크릴 케이지에 움직일 수 없도록 보정한 후 방사성의약품 흡수율을 정상쥐와 비교했을 때 가바는 암컷 31∼38%·수컷 31∼37%, 글루타메이트는 암컷 24∼29%·수컷 13∼22%, 세로토닌은 암컷 27∼35%·수컷 11∼19%로 모두 낮게 나타났다.

실험 결과, 정상쥐에 비해 스트레스를 받은 쥐는 가바, 글루타메이트, 세로토닌 등 신경전달물질의 손상이 컸으며, 모성분리 스트레스만 받았을 때보다 모성분리와 보정 스트레스를 모두 받았을 때 신경전달물질의 방사성의약품 흡수율이 더 낮아 스트레스의 강도가 높아질수록 신경전달물질의 손상도 커지는 것을 확인했다.

성별 비교에서는 암컷 쥐가 수컷 쥐에 비해 학습과 기억 형성에 중요한 역할을 하는 글루타메이트 및 감정을 조절하는 세로토닌의 방사성의약품 흡수율이 상대적으로 낮게 나타나 암컷 쥐가 스트레스에 더 취약한 것을 확인했다.

연구팀은 실제 환자를 대상으로 시행하기 힘든 신경 PET 연구를 실험쥐와 같은 소동물 연구를 통해 수행해 생애 초기 스트레스로 인한 신경전달물질의 변화 양상을 규명했고, 이를 바탕으로 성인 정신질환 발병의 원인과 치료제 개발 가능성을 제시했다.

이번 연구 성과는 정신의학분야 국제학술지 '정신의학 최신연구(Frontiers in Psychiatry)‘ 2023년 2월 10일자 온라인 판에 ‘Effect of developmental stress on the in vivo neuronal circuits related to excitation–inhibition balance and mood in adulthood’라는 제목으로 게재됐다.

연구팀은 “이번 연구 결과를 토대로 스트레스가 뇌에 미치는 생애주기별 추적연구 및 다양한 표적 치료제에 대한 성별 효능 평가를 계속 이어갈 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 ‘뇌질환 극복 방사선의학 선도기술개발 사업’과 한국연구재단의 ‘중견연구자지원사업’의 지원으로 수행됐다.