맥주를 충분히 마시면 바 의자에서 떨어지거나 낯선 사람에게 2000년대 초 잼의 가사를 큰 소리로 낭송하게 될 수 있습니다. 왜냐하면 알코올은 신체의 가장 강력한 방어 수단 중 하나를 통과할 수 있기 때문입니다. 알레르기 약을 먹고 취했거나 취했거나 졸린 적이 있다면 일부 분자가 혈액뇌관문(Blood-Brain Barrier)이라는 방어 시스템을 무너뜨려 뇌에 들어갈 때 어떤 일이 일어나는지 경험해 보셨을 것입니다.
뇌를 통과하는 수백 마일에 달하는 모세혈관 벽에 박혀 있는 이 장벽은 혈액 내 대부분의 분자가 민감한 뉴런에 도달하는 것을 방지합니다. 두개골이 외부의 물리적 위협으로부터 뇌를 보호하는 것과 마찬가지로 혈액뇌장벽은 화학적 및 병원성 위협으로부터 뇌를 보호합니다.
이는 진화의 환상적인 위업이지만, 뇌에 치료법을 전달하기 위해 선택적으로 극복하려고 수십 년을 노력해온 약물 개발자에게는 장벽이 매우 성가신 일입니다. 생명의학 연구자들은 장벽의 실패가 일부 질병의 핵심인 것처럼 보이고 장벽을 조작하면 특정 조건의 치료를 개선하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 장벽을 더 잘 이해하고 싶어합니다.
워싱턴 대학교 의학 기억 및 뇌 건강 센터의 연구 생물학자인 엘리자베스 레아(Elizabeth Rhea)는 “우리는 지난 10년 동안 많은 것을 배웠습니다.”라고 말했습니다. 그러나 "우리는 기질과 치료법을 전달하는 데 여전히 어려움을 겪고 있습니다."
보호하지만 요새는 아님
신체의 다른 부분과 마찬가지로 뇌도 필수 영양소와 산소를 공급하고 노폐물을 운반하기 위해 혈액 순환이 필요합니다. 그러나 혈액의 화학적 성질은 지속적으로 변동하며 뇌 조직은 화학적 환경에 극도로 민감합니다. 뉴런은 의사소통을 위해 정확한 이온 방출에 의존합니다. 만약 이온이 혈액 밖으로 자유롭게 흐를 수 있다면 그 정확성은 상실될 것입니다. 다른 유형의 생물학적 활성 분자도 섬세한 뉴런을 자극하여 생각, 기억 및 행동을 방해할 수 있습니다.
"적절한 뇌 기능을 위해 환경을 조절하는 것이 실제로 존재합니다."라고 캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스의 약리학 부교수인 Richard Daneman이 말했습니다.
그래서 혈액뇌관문은 보호를 제공하지만 요새 주변의 벽처럼 분리된 구조는 아닙니다. 대신, 이 용어는 뇌 혈관과 그 혈관을 밀접하게 감싸고 있는 이웃 뇌 세포의 고유한 특성을 나타냅니다.
신체의 모세혈관 대부분은 영양분과 기타 물질의 자유로운 흐름을 허용하기 위해 분자 수준에서 "누출"되어 있습니다. 이들의 투과성은 신장 및 간과 같은 기관의 기능에 매우 중요합니다.
그러나 뇌의 혈관은 더 높고 누출이 적은 기준으로 만들어졌습니다. 모세혈관벽을 구성하는 내피세포는 밀착연접(tightjunction)이라는 구조에 의해 서로 단단히 고정되어 있습니다. 얇고 평행한 단백질 가닥은 "벽돌을 통과하는 전선"처럼 세포를 서로 붙인다고 컬럼비아 대학교 생의학 공학 및 방사선학과 교수인 엘리사 코노파고(Elisa Konofagou)는 말했습니다. 몇 가지 종류의 분자가 통과할 수 있지만 그 양은 적습니다. 그리고 그것들은 대부분 매우 작고 수용성입니다.
그러나 뇌는 또한 단단한 접합부 사이를 압박할 수 없는 포도당과 인슐린과 같은 다른 많은 분자도 필요합니다. 따라서 장벽에는 엘리트 클럽의 바운서처럼 특정 분자만 들어오게 하고 대부분의 침입자를 신속하게 내보내는 펌프와 수용체가 늘어서 있습니다. 모세혈관 벽 자체 너머에는 혈관주위세포와 성상교세포를 포함한 지지 세포 층이 있으며, 이는 장벽을 유지하고 투과성을 조정하는 데도 도움이 됩니다.
그럼에도 불구하고 이러한 모든 보호 계층에도 불구하고 일부 원치 않는 물질은 확실하게 뇌를 통과합니다. 알코올 음료의 주성분인 에탄올은 세포막을 통해 쉽게 확산될 수 있습니다. 일부 분자는 차단해야 할 분자와 너무 비슷해 보입니다. 처방전 없이 구입할 수 있는 알레르기용 항히스타민제가 왜 졸리게 만드는지 궁금해하신 적이 있다면, 이는 항히스타민제가 장벽을 통과하여 뉴런에 도달하기 때문입니다. (최신 비졸리성 항히스타민제는 장벽을 통과하지 못하고 혈액 내 면역 세포에만 작용합니다.)
혈액뇌장벽은 “뇌가 필요로 하는 것을 전달하기 위해 존재한다”고 Daneman은 말했다. 그러나 뇌의 모든 부분에 동일한 분자가 필요한 것은 아니므로 장벽이 모든 곳에서 동일하지는 않습니다. 예를 들어 후각 구근의 장벽은 해마의 장벽과 다르게 작용하며 단백질 구성도 다르다고 레아는 말했습니다.
Merrill Sherman/Quanta 매거진
사실, 뇌의 일부 부분에는 전통적인 혈액-뇌 장벽이 전혀 없습니다. 뇌척수액(CSF)을 생성하는 뇌의 큰 구멍에 있는 조직인 맥락막 신경총에서는 혈관벽의 누출이 훨씬 더 많습니다. 맥락막 신경총의 "혈액-CSF" 장벽은 매일 0.5리터의 CSF를 뇌로 분비해야 하며, 이러한 종류의 출력을 위해서는 혈액에서 엄청난 양의 물, 이온 및 영양분이 필요하기 때문입니다.
비록 이 보호 기능이 완벽하지는 않지만 매우 보편적으로 유용하므로 복잡한 신경계를 가진 모든 유기체에는 혈액뇌장벽과 유사한 것이 있다고 Daneman은 말했습니다.
혈관이 없는 파리나 다른 곤충에도 혈관이 있습니다. 이들의 혈액에 해당하는 물질은 단순히 외골격 내부 기관을 통해 흘러나오지만, 뇌에 해당하는 물질은 보호용 교세포로 덮여 있습니다.
'오존층'
장벽이 무너지면 뇌에 문제가 발생합니다. 혈액뇌장벽은 “지구의 오존층과 같다”고 서던캘리포니아대학교 켁 의과대학 생리학 및 신경과학부 학장인 베리슬라프 즐로코비치(Berislav Zlokovic)는 말했습니다. 얇은 대기층에 구멍이 생기면 해로운 방사선이 지구에 범람하게 되는 것처럼, 혈액뇌관문이 열리면 유해한 분자가 뇌에 범람하게 됩니다.
많은 그룹이 질병이나 부상 중에 장벽이 어떻게 변하는지 조사하고 있습니다. 예를 들어, 혈액뇌관문의 붕괴는 알츠하이머병의 특징입니다. Nature Neuroscience 저널에 게재된 최근 연구 알츠하이머 환자의 뇌에 있는 혈액-뇌 장벽 세포 내 유전자 발현의 중요한 변화를 찾아냈습니다. 다발성 경화증에서는 혈액-뇌 장벽이 무너져 뇌의 면역 체계 세포가 넘쳐 뉴런 주변의 보호 절연체를 공격합니다. 외상성 뇌 손상 및 뇌졸중도 장벽을 열어 잠재적으로 되돌릴 수 없는 손상을 일으킬 수 있습니다.
