신경생성

2. 발생 단계

신경생성은 신경계의 세포, 즉 뉴런이 신경줄기세포(NSC)로부터 만들어지는 과정이다.^[79][80] 이 과정은 해면동물과 판형동물을 제외한 거의 모든 동물 종에서 일어나는 것으로 알려져 있다.^[81] 신경생성에 관여하는 신경줄기세포에는 신경 상피 세포(NEC), 방사형 아교 세포(RGC), 기저 전구세포(BP), 중간 뉴런 전구체(INP) 등이 있으며, 성체 뇌의 특정 부위에서는 별아교세포나 방사상 성상세포와 같은 특수한 형태의 세포가 신경줄기세포 역할을 하기도 한다.^[79][80]

신경생성은 주로 배아 발달 과정에서 매우 활발하게 일어나며, 생명체의 모든 종류의 뉴런을 만드는 역할을 담당한다. 하지만 일부 신경생성은 동물이 성체가 된 후에도 평생에 걸쳐 특정 뇌 영역에서 계속된다.^[82] 일반적으로 일단 생성된 뉴런은 더 이상 분열하지 않으며(유사 분열 참조), 많은 뉴런이 동물의 수명과 거의 동일한 기간 동안 살아남는 것으로 알려져 있다.^[83]

2. 1. 배아 신경생성

포유류 뇌의 신경계 발달이 진행됨에 따라, 신경 줄기 세포는 증식 분열에서 세포 분화 분열로 전환한다. 이러한 과정을 통해 신경 세포와 교세포가 생성되어 대뇌 피질 층을 채우게 된다. 후성 유전학적 변형은 신경 줄기 세포의 세포 분화 과정에서 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 후성 유전학적 변형에는 DNA 메틸화를 통한 5-메틸시토신 생성과 DNA 탈메틸화가 포함된다.^[12][13] 이러한 변형은 발달 중인 성체 포유류 뇌에서 세포의 운명을 결정하는 데 매우 중요하다.

DNA 메틸화는 DNA 메틸전이효소에 의해 촉매된다. 메틸시토신의 탈메틸화는 TET 효소가 수행하는 산화 반응(예: 5-메틸시토신을 5-하이드록시메틸시토신으로 변환)과 DNA 염기 절제 복구(BER) 경로의 효소들에 의해 여러 단계에 걸쳐 촉매된다.^[12]

2. 2. 성체 신경생성

• 뇌실하 영역 (SVZ): 쥐와 같은 많은 포유류에서 SVZ는 후각망울로 이동하는 새로운 신경세포를 생성하는 주요 장소이다.^[15][18] 이곳의 주요 신경줄기세포는 별아교세포이며, 평소에는 대부분 휴면 상태로 존재한다. 특정 신호에 반응하면 이 휴면 세포(B 세포)는 활성화되어 증식 세포(C 세포)를 만들고, 이 세포는 다시 신경모세포(A 세포)를 생성한다.^[16] 이 신경모세포들은 미상돌기 이동 경로(RMS)라는 경로를 따라 후각망울로 이동하여^[15][18], 주로 억제성 과립 세포나 일부 구상 주변 세포와 같은 연접 억제 신경 세포로 분화한다.^[16] 이 새로운 신경세포들은 후각 정보 처리에 기여하는 것으로 생각된다.

• 해마 (치아이랑, DG): 해마는 학습과 기억, 특히 새로운 서술 기억 형성에 중요한 역할을 하는 뇌 영역이다.^[22] 설치류를 포함한 많은 포유류에서 성체 해마 신경생성이 관찰되었으며^[19][20][21], 이는 해마의 기능 유지 및 가소성에 기여할 가능성이 있다. 그러나 성인 인간에서의 해마 신경생성 지속 여부는 여전히 논쟁적인 주제이다.^[19][20][21] 일부 연구에서는 인간의 해마 신경생성이 출생 후 첫 1~2년 동안 급격히 감소하여 성인기에는 감지하기 어려운 수준으로 떨어진다고 보고하는 반면^[19], 다른 연구에서는 성인기에도 해마에서 새로운 신경세포가 생성된다는 증거를 제시한다.^[43][44] 한편, 설치류 연구에서는 운동, 스트레스, 항우울제와 같은 다양한 환경적 요인이 해마 신경생성 속도에 영향을 미칠 수 있음이 밝혀졌다.^[23][24]

3. 신경생성에 영향을 주는 요인

신경생성 속도와 생성되는 뉴런의 유형(흥분성 또는 억제성)은 주로 분자적 및 유전적 요인에 의해 결정된다. 특히 Notch 신호 전달 경로가 중요하며, 많은 유전자가 이 경로의 조절과 관련되어 있다.^[7][8] 후성유전학적 변형 역시 신경 줄기 세포의 세포 분화 과정에서 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 변형에는 DNA 메틸화(5-메틸시토신 생성)와 DNA 탈메틸화(TET 효소 및 염기 절제 복구(BER) 경로 효소 작용)가 포함된다.^[12][13] 뇌실하 구역의 신경 줄기 세포는 메틸화를 통해 유전자 활성이 변화하면서 분화 방향이 결정되며, 많은 miRNA는 발달 중인 피질의 크기나 층 형성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.^[67]

성체 신경생성은 다양한 행동과 생리 현상에 영향을 받는다. 운동이나 정신적으로 풍족한 환경은 해마 내 신경생성량을 늘리고, 새로운 신경 세포가 기존 신경망에 통합되는 효율을 높인다.^{[57][58][59][60]} 또한 뇌 질환 등으로 중추 신경계가 손상될 경우에도 신경생성량이 증가하는 경향이 있다.^[61][62][63] 반대로, 만성적인 스트레스나 노화는 신경생성량을 감소시키는 주요 원인이다.^[64][65] 수면 부족 역시 신경생성을 감소시킨다.^[66] 이러한 영향에는 순환계를 통해 전달되는 케모카인 등 다양한 인자가 관여하는 것으로 추정된다.^[51]

특정 화학 물질도 신경생성에 영향을 미칠 수 있다. 아야와스카 주입액에 포함된 DMT는 해마 치아이랑의 과립하 영역에서 신경생성을 촉진한다는 연구 결과가 있다.^[31] 실로시빈의 경우, 저용량(0.1mg/kg)을 생쥐에게 투여했을 때 해마 신경생성이 증가했지만, 고용량(1mg/kg)은 오히려 유의미하게 감소시켰다는 보고가 있다.^[32] 우울증 치료에 사용되는 일부 항우울제는 생쥐 모델에서 신경생성량을 늘리고 관련 행동을 개선하는 효과를 보였다.^[68][69] 이는 항우울제가 스트레스나 우울증으로 손상된 뇌의 유연성을 직간접적으로 개선하기 때문일 수 있다.^[70] 대마의 주성분인 칸나비노이드는 노화로 손상된 뇌 기능을 보호하고 신경생성을 증가시킨다는 연구가 있지만^[71], 오히려 학습 능력을 저하시키고 신경생성에는 영향이 없다는 상반된 연구 결과도 존재하여^[72] 추가적인 연구가 필요한 상황이다. 현재까지 신경 발생 틈새 외의 영역에서 신경생성을 유도하는 경구 투여 약물은 알려진 바 없다.