새파란 우주
시원한 바람

파도가 부서지는 바닷가
야자수의 멋진 해변
얼음같이 맑은 물

혹시 휴가 예약들 하셨나요? 비행기 타고 다녀올 준비가 되신 분도 많겠지요.
누구나 멋진 풍경 속으로 뛰어들고 싶어집니다.

그림 1. 맑은 하늘과 시원한 바람은 사람들이 자연에 빠지고 싶은 욕구를 자극합니다. 여러분, 하지만 본능을 잠깐 멈춰야 합니다! 혹시 남자분이시면, 더 주의해 주세요. 본능이 더욱 강할 수 있습니다. 뛰어드는 것, 다이빙은 어딘가로 떨어지는 것이지요. 우리 몸은 충격에 약하기 때문에 부서지고 맙니다. 멋지게 떨어지는 것일까요? 잠시 날아가는 것인가요? 연구는 같은 일을 하더라도 수십 번, 수백 번 하다 보면 뭔가 보이는 것처럼 다이빙도 여러 번 하다 보면 결국에는 뭔가가 부러지고 맙니다.

손이나 다리가 부러졌다면 안심입니다. 혹시라도 척추가 부러졌다면, 정말 큰일입니다. 특히 목을 부러지는 경우가 많이 병원에 옵니다. 가장 안타까운 순간은, 회복이 불가능한 정도로 망가진 경우가 많다는 것입니다. 응급상황에서는 자신이 가까운 곳에 좋은 병원이 있다면 가장 좋겠습니다. 하지만, 대부분 우리가 가는 휴가지역에는 병원이 가까이 없습니다.

그림 2. 머리와 목의 신경이 보이는 MRI 사진.
왼쪽이 머리 앞쪽이고, 오른쪽은 뒤통수입니다. 흰색 배경은 뇌척수액이고, 원래 색은 투명합니다. 뇌에서 내려가는 척수신경은 회색으로 균일한 경우를 정상적으로 봅니다(흰색 세모). 같은 넓이로 내려가다가 그 신경 속에 하얀색으로 보이는 부분이 있습니다(붉은 세포). 이 부분은 지금 소개드리는 연구에서 밝혀낸 세포에서 뇌척수액을 만들어내는 것이 아닐까 생각이 듭니다. 이를 위해 어떤 연구가 진행 중인가?

그렇습니다. 아직, 마비가 생기면 회복이 어렵습니다. 

이 글을 쓰는 2024년에도 명확한 치료제는 없고, 몸이 자연적으로 회복하는 것을 도와주는 재활치료를 기다리는 수밖에 없습니다. 물론 척추수술이 필요한 경우 수술을 하지만, 신경을 연결하는 것은 아니고, 더 망가지지 않도록 고정을 하는 수술입니다. 이런 재앙을 치료하기 위해 전 세계 사람들은 척수 신경손상을 연구하고 있습니다. 2024년 6월 19일 스위스기반 연구팀은 네이처지에 척수손상세포지도를 발표했습니다 [1]. 

척수손상 단일세포지도 이름은 Tabula Paralytica로 홈페이지가 공개되어 단일세포의 유전자 발현량을 검색할 수 있게 되어 있지요. 여러 분야에서 단일세포지도를 밝혀지고 있으니, 어쩌면 큰 발견이 아닐 수도 있습니다. 다른 단일세포지도 연구는 좀 더 낮은 Impact Factor의 논문에도 실리고 있는데.. 무엇이 그렇게 중요한 결과였을까요?

일단, 첫 번째는 척수 신경(spinal cord)에 대해 지속적으로 연구하던 그룹의 논문이기에 질적으로 더욱 믿음이 갔다고 생각합니다. 그리고, 이 논문은 다양한 가설에 의한 여러 실험을 하나로 묶어낸 여러 논문의 종합편입니다.

두 번째는, 아직도, 단일세포기술은 하나의 세포에서 다양한 정보를 얻어내는 것은 어려운 일이지만, 본 논문을 통해 전사체 정보와 염색질 접근정보를 하나의 세포에서 얻어내는 기술을 활용한 것이 유의미 했다고 생각합니다.

물리적 충격으로 척수손상이 벌어진다면 초반에는 면역세포(immune cells)들이 신경세포(neuron)사이로 들어오기 시작합니다. 이때, 별아교세포(astrocyte)들이 장벽을 만들어 면역세포가 들어오는 것을 막게 됩니다.

그동안 이러한 과정에서 어떤 세포가 많아지고, 적어지는지 잘 알 수 없었으나, 이 단일세포지도를 통해서 알게 된 것입니다.

뇌-혈관 장벽(BBB)이 깨지는 과정에서 나타나는 세포 수의 변화가 단일세포지도를 통해서 확인됩니다. BBB가 깨지면서 endothelial cell과 pericyte가 감소하고, vascular leptomeningeal cell (VLMC)의 수가 증가하는 것으로 나타납니다. 이러한 VLMC는 항상성을 유지하는 세포군과 세포외기질을 만드는 세포군, 그리고 arachnoid barrier 세포군으로 나뉘게 됩니다. 

이러한 VLMC의 세포가 최소 3개의 세포군으로 나뉘게 되는 것은 환자들의 상태에도 중요한 역할을 할 것 같습니다. 특히 arachnoid barrier 세포가 뇌척수액을 만드는 것과 연관이 있다고 하는데요. 척수손상환자들은 척수에 뇌척수액의 주머니가 생기는 현상이 많이 발견되므로, 이런 부분을 억제하는 과정 하나하나가 약물의 타깃이 되지 않을까 생각이 듭니다. 실제 환자에서도 VLMC세포가 손상부위를 가득 채우고 계속해서 뇌척수액을 만들고 있는 것은 아닐까요? 

신경세포(neuron)의 경우, mouse의 척수손상이 심할수록 더욱 감소하는 것이 보입니다. 말초신경의 경우에는 신경이 잘리면 역분화 (dedifferentiation)이 진행되어 RNA레벨에서 나타나는 세포의 종류 특성을 잃어버린다고 합니다. 어쩌면 이런 것이 신경 재생에 도움이 될 수 있겠지요. 그런데 척수 신경에서는 그런 일이 벌어지지 않는 것 같습니다.

세포 다음으로 사람들이 관심이 있는 것은, 분비되는 물질입니다.

신경세포가 손상된 다음, 여러 분자들이 발견되는데, 아직도 어떤 세포에서 주로 이런 물질을 내보내는지 잘 알지 못한다고 합니다. 이 논문에서도 VLMC에서 나타나는 laminin이라는 물질을 발견하였는데, 연구자들이 이 세포와 물질을 더욱 연구하고 있는 게 아닌가 합니다.

면역세포들이 들어와서 문제가 생기면, 면역을 줄이면 안 되나요?

병원에서 신경손상이 되면 스테로이드나 항생제 치료를 하는 경우도 있습니다(methylprednisolone 또는 Minocycline). 단, 현재로는 실험적이거나, 효과가 없다고 알려져 있습니다. 병원에서는 의사에 따라 최대한 도와주고 싶어서 기존에 배운 것을 통해 치료를 해줍니다만 효과가 없다니 안타까운 일입니다. 상황에 따라 오히려 위험하다는 대규모 환자연구도 있습니다 [2]. 

이 지도를 통해서 살펴본 결과, 본 저자들은 면역세포에는 전사체에서 일부 영향을 줬다는 것을 알 수 있었습니다. 단, 신경세포는 영향이 없이 계속해서 죽어갔다고 합니다. 

남자들이 좀 더 손상이 많이 된다고 하였는데, 남자의 신경세포가 약한 것은 아닌지? 남성보다 여성이 강한 경우가 많이 있습니다. 단, 이번 연구에서는 남녀 간의 신경세포 손상에 따른 차이도 봤고 차이는 없었습니다. 남성이 더 많은 척수신경 손상이 되는 이유는, 남성이 세상에 빠져들고 싶어 하고, 뛰어들고 싶어 하는 마음이 강한 것과 관계되지 않을까 생각이 듭니다.

마지막으로 붙이는 말

다이빙을 하다가 척수손상이 되신 것이라면 정말 안타까운 일입니다.

사람에서 줄기세포연구가 진행되고, 면역억제를 해결하면 더욱 효과가 좋다는 것이 밝혀지고 있습니다 [3]. 신경세포가 면역세포 때문에 제거되는 것도 무시할 수 없다고 합니다. [4] 사람의 치료 결과 일부의 경우 완전한 마비상태 (ASIA A)에서 점차 호전이 되었다는 임상 1상 논문도 있습니다 [5]. 

이 논문은 mouse모델로 한 연구이기 때문에, 사람과는 다를 수 있습니다. 특히 쥐에서는 척수손상이 되더라도 다시 회복이 되는 경우가 더 많은 것으로 알려져 있는데요. 다른 동물과 달리 사람은 특히 마비가 되면 쉽게 돌아오지 않습니다. 그렇지만 마비 이후 5년 만에 회복되시는 분도 종종 봅니다. 

여러분! 절대로 다이빙하지 말아 주세요! 

꼭 다이빙이 아니더라도 어딘가로 떨어지거나, 다치는 일은 항상 위험합니다.

이번 여름도 건강하게 보냅시다!

참고자료

1. Skinnider, M. A. et al. Single-cell and spatial atlases of spinal cord injury in the Tabulae Paralytica. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07504-y

2. Bracken, M. B. et al. Efficacy of methylprednisolone in acute spinal cord injury. JAMA 251, 45-52 (1984).

3. Curtis, E. et al. A First-in-Human, Phase I Study of Neural Stem Cell Transplantation for Chronic Spinal Cord Injury. Cell Stem Cell 22, 941-950.e946 (2018). https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.05.014

4. Sugai, K. et al. First-in-human clinical trial of transplantation of iPSC-derived NS/PCs in subacute complete spinal cord injury: Study protocol. Regen. Ther. 18, 321-333 (2021). https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.reth.2021.08.005

5. Bydon, M. et al. Intrathecal delivery of adipose-derived mesenchymal stem cells in traumatic spinal cord injury: Phase I trial. Nat. Commun. 15, 2201 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46259-y