한국뇌연구원(KBRI, 원장 이승복)은 치매연구그룹 김도근, 천무경 박사 공동연구팀이 공간 전사체(Spatial Transcriptomics) 최신 기술을 활용하여 치매 초기 뇌 염증이 없는 상태에서도 뇌 면역세포가 시냅스를 파괴하는 새로운 신경망 손상 기전을 규명했다고 밝혔다.

루이소체 치매 등 시뉴클레인병증은 뇌 속에 알파-시뉴클레인 단백질이 비정상적으로 축적되어 심각한 인지 기능 저하를 유발하는 난치성 질환이다. 해당 질환의 본격적인 뇌 염증이나 신경세포 사멸이 나타나기 이전의 초기단계에서 시냅스가 어떤 과정을 통해 붕괴되는지는 명확히 밝혀지지 않았다. 

한국뇌연구원 연구팀은 뇌 조직 내 세포들의 위치 정보를 유지한 채 유전자 발현을 맵핑하는 ‘공간 전사체’기술을 시뉴클레인병증 질환 마우스 모델에 적용하여 질병 초기 해마의 미세환경 변화를 고해상도로 분석했다. 

분석결과, 알파-시뉴클레인의 축적은 해마 신경세포의 과도한 스트레스 반응을 유발했다. 연구팀은 이 이상 신호가 뇌 염증 반응과 독립적으로 주변 뇌 면역세포(미세아교세포)의 포식 경로인‘AXL-AKT’신호를 선택적으로 활성화함을 확인했다. 

특히 연구팀은 활성화된 미세아교세포가 신경세포 간 연결 부위인 후시냅스 단백질(PSD95)을 과도하게 제거하는 비정상적으로 과활성된 ‘시냅스 가지치기(Synaptic pruning)’를 유발했으며, 이 과정이 결국 초기 뇌 신경망 붕괴로 이어짐을 확인했다.

이번 연구는 치매가 단순히 신경세포가 죽으면서 시작되는 질환이 아니라, 신경세포 간 연결망이 미세아교세포의 포식활동의 증가로 인해 먼저 약화되고 붕괴되면서 진행될 수 있음을 보여주는 결과다.

교신저자인 김도근 박사(한국뇌연구원)은 “이번 연구는 뇌 염증이 본격적으로 나타나기 이전 단계에서도, 미세아교세포의 AXL 경로 기반 포식 작용만으로 뇌 신경망이 조용히 붕괴될 수 있음을 보여준 성과”라며, “향후 루이소체 치매 등 퇴행성 뇌질환의 진행을 조기에 진단하고 차단할 수 있는 새로운 치료 표적이 될 것”이라고 말했다.

공동교신저자인 천무경 박사(한국뇌연구원)은 “첨단 공간 분석 기술과 생물학적 검증을 융합하여 질환 초기의 복잡한 뇌 병리 현상을 시각적이고 기전적으로 풀어낼 수 있었다”고 덧붙였다.

한편 본 연구는 과학기술정보통신부 지원 바이오의료기술개발사업,글로벌 TOP전략연구단 지원사업, 한국뇌연구원 기관고유사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 다학제 분야 최상위 국제 학술지 ‘저널 오브 어드밴스드 리서치(Journal of Advanced Research, IF 13.0)’ 최신호에 게재되었다. 

1. 연구의 주요 내용

□ 논문 정보
논문명
Spatial transcriptomics links hippocampal synaptic remodeling to microglial phagocytosis in synucleinopathy
저널명
Journal of Advanced Research ( IF 13점,
MULTIDISCIPLINARY SCIENCES 분야 JCR 상위 7.7%)
저자정보
제1저자 (KBRI/전민태), 제1저자 (KBRI/정지수), 제1저자 (KBRI/최문석) 교신저자 (KBRI/천무경), 교신저자 (KBRI/김도근)

□ 논문의 주요 내용

 1. 연구 개요
 ◦ (연구배경 및 필요성)
    시뉴클레인병증(예: 루이소체 치매)은 뇌 속 알파-시뉴클레인의 비정상적 축적으로 인지 장애를 유발합니다. 인지 저하의 핵심인 해마 지역의 시냅스 손상이 뇌 염증이 없는 초기 단계에서 어떻게 발생하는지에 대해서는 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다.
 ◦ (연구목표/질문)
    본 연구는 최신 고해상도 공간 전사체 기술을 활용하여 뇌 신경망의 공간적 변화를 확인하고, 신경세포와 미세아교세포 간의 병리적 상호작용 기전을 단계적으로 규명하고자 하였습니다.

 2. 연구 내용  
 ◦ (주요 연구성과(결과))
    알파-시뉴클레인 축적은 일반적인 염증 반응 없이 해마 신경세포의 극심한 전사적 스트레스를 유발합니다. 이 이상 신호는 미세아교세포의 AXL-AKT 경로를 활성화하는 '비염증성 포식 표현형'을 유도하여, 필수적인 시냅스(PSD95)를 과도하게 제거하고 뇌 신경망을 붕괴시키는 새로운 기전을 확인하였습니다.
 ◦ (연구방법(근거))
    6개월령 시뉴클레인병증 마우스 모델의 뇌 조직을 공간 전사체(Spatial Transcriptomics)로 분석하였으며, 관찰된 시냅스 가지치기 현상을 면역형광염색 및 단백질 정량 분석 등 다중 생물학적 검증을 통해 교차 확인하였습니다.

 3. 기대효과 및 의의
 ◦ (연구 의의 및 기대효과)
    기존의 염증 중심 질환 모델을 넘어, 뇌 염증이 뚜렷하지 않은 질병 초기에도 미세아교세포의 AXL 매개 포식 작용이 신경망을 선제적으로 파괴할 수 있음을 입증했습니다. 이는 시뉴클레인병증 진행을 조기 차단할 새로운 바이오마커와 면역 치료제 개발의 과학적 근거를 제공합니다.
 ◦ (연구자 코멘트)
    "이번 연구는 뇌 속 미세아교세포가 오히려 질환 초기 뇌 신경망을 조용히 무너뜨릴 수 있음을 공간적·기전적으로 증명한 결과입니다. 치매의 조기 진단 및 새로운 AXL 표적 치료 전략을 세우는 데 중요한 기초 자료가 될 것입니다."

 4. 연구지원
 ◦  본 연구는 과학기술정보통신부지원 하에 한국연구재단(NRF) 연구비로 수행되었음.
● 퇴행성 뇌질환 진단 및 치료 전략 개발을 위한 한-영 전임상/임상 공동연구센터 구축 (RS-2024-00508681)
● 퇴행성 뇌질환 글림프계•신경계 측정 기술 개발 (GTL25071-000)

 ◦  본 연구는 한국뇌연구원(KBRI) 기본연구사업의 지원을 받아 진행되었음.
● 응집 단백질 유도성 뇌혈관 장벽 파괴 및 신경 퇴행기전 분석 (25-BR-02-03)
● 다기관 컨소시움 구축을 통한 환경유해 인자 유도성 순환기계 병리 인자 규명 및 퇴행성 뇌질환 유발 상관 관계 규명 (25-BR-08-01)

 5. 주요 키워드 설명
 ◦  공간 전사체(Spatial Transcriptomics): 조직 안에서 세포의 위치 정보를 유지한 채 유전자 발현 변화를 지도처럼 시각화하여 분석하는 첨단 기술.
 ◦  시뉴클레인병증(Synucleinopathy): 알파-시뉴클레인 단백질의 비정상적 축적으로 발병하는 파킨슨병, 루이소체 치매 등 신경퇴행성 질환의 총칭.
 ◦  시냅스 가지치기(Synaptic Pruning): 미세아교세포가 불필요한 신경 연결을 먹어 치워 뇌 회로를 정리하는 현상이나, 질환 상태에서는 필수 시냅스까지 과도하게 파괴함.

 6. DOI
 ◦ 10.1016/j.jare.2026.05.025