희소돌기아교세포

1. 개요

희소돌기아교세포는 중추신경계에 존재하는 비신경 세포로, 뉴런을 지지하는 역할을 하며, 뇌와 척수에 분포한다. 발생 과정에서 희소돌기아교세포 전구 세포로부터 생성되며, 미엘린 수초를 형성하여 신경 신호 전달 속도를 높이는 데 기여한다. 또한, 면역 조절, 신경 영양 지원, 대사 지원 등 다양한 기능을 수행하며, 다발성 경화증, 백색질형성장애, 뇌성마비, 정신 질환 등 다양한 질병과 관련이 있다.

2. 분류

희소돌기아교세포는 교세포의 일종으로, 중추신경계에 존재하는 비-신경 세포이다. 이들은 발생 과정에서 희소돌기아교세포 전구 세포(OPC)로부터 생성되며, 여러 항원의 발현으로 확인될 수 있는데, 여기에는 강글리오사이드 GD3, NG2 콘드로이틴 황산 프로테오글리칸, 혈소판 유래 성장 인자-알파 수용체 소단위 (PDGF-alphaR)가 포함된다. 성숙한 희소돌기아교세포는 일반적으로 수초 형성 세포 또는 비-수초 형성 신경 위성 세포로 분류된다. 전구 세포와 두 가지 성숙 세포 유형 모두 OLIG2 전사 인자의 발현으로 일반적으로 확인된다.

3. 발생

신경교세포의 일종인 희소돌기아교세포는 발생 동안 희소돌기아교세포 전구 세포에서 기원한다. 전구 세포는 갱글리오사이드 GD3, 뉴런-신경교세포 항원 2(NG2) 콘드로이틴 황산 프로테오글라이칸, 혈소판 유래 성장인자 α 수용체 소단위 등 다양한 항원을 발현한다. 희소돌기아교세포는 배아 시기와 출생 후 초기에 뇌실주위 종자 영역에서 발달한다.

희소돌기아교세포는 뇌와 척수로 구성된 중추신경계에서만 발견된다. 원래는 배쪽 신경관에서 생성된다고 보았으나, 현재는 배아의 척수 배쪽 뇌실 영역에서 기원한다는 것이 밝혀졌다. 희소돌기아교세포는 중추신경계에서 마지막으로 생성되는 세포 유형이다.

미엘린화는 뇌의 특정한 몇 영역에서만 이루어지고, 성인기까지 이어져 25-30세 경까지 계속된다. 성인의 뇌에서 이루어지는 희소돌기아교세포 형성에는 신경교세포로 분화 방향이 제한된 전구체 세포, 희소돌기아교세포 전구체가 관여한다. 뇌실밑구역 세포가 종자 구역에서 이주해와서 발생중인 백질과 회백질이 되고, 그곳에서 분화 및 성숙하여 미엘린을 형성하는 희소돌기아교세포가 된다. 희소돌기아교세포 전구체 세포가 이러한 과정을 거치는지는 명확하지 않다. 몇몇은 세포자살하고, 분화에 실패하고 성숙하지 못한 희소돌기아교세포가 성인의 희소돌기아교세포 전구체로 남는다는 보고가 있다.

대부분의 희소돌기아교세포는 배아 발생 및 초기 출생 후 시기에 제한된 뇌실 주위 생식 부위에서 발생한다. 성체 뇌에서 희소돌기아교세포 형성은 희소돌기아교세포 전구 세포(OPC)로 알려진 아교세포 제한 전구 세포와 관련이 있다. 뇌실하 구역 OPC는 활성화된 후 배엽 구역에서 멀리 이동하여 발달 중인 백색질과 회색질을 모두 채우고, 여기서 분화하여 수초를 형성하는 희소돌기아교세포로 성숙한다. 그러나 모든 희소돌기아교세포 전구 세포가 이러한 일련의 과정을 거치는지 여부는 불분명하다.

사람의 대뇌 백색질에서 임신 중기에서 만삭 출생 사이에는 고전적인 사람 희소돌기아교세포 계통의 세 가지 연속적인 단계, 즉 OPC, 미성숙 희소돌기아교세포(수초 형성 안 함), 성숙 희소돌기아교세포(수초 형성)가 발견된다. 일부는 세포 자멸사를 겪고 다른 일부는 성숙 희소돌기아교세포로 분화하지 못하고 성체 OPC로 지속되는 것으로 추정된다. 놀랍게도, 뇌실하 구역에서 기원한 희소돌기아교세포 집단은 상피 성장 인자(EGF)를 투여하여 극적으로 확장될 수 있다.

4. 기능

신경계통의 일부인 희소돌기아교세포는 신경세포와 밀접하게 연관되어 있으며, 다른 신경교세포와 마찬가지로 뉴런을 지지하는 역할을 한다. 슈반세포(말초신경계)와 희소돌기아교세포(중추신경계)의 랑비에결절에서는 도약 전도가 일어나 활동전위의 전도 속도를 높인다.

위성 희소돌기아교세포는 다른 희소돌기아교세포와 기능이 다르다. 뉴런에 부착되어 절연하는 대신 뉴런과 나란히 존재하면서 세포외액을 조절한다. 일반적인 희소돌기아교세포는 백색질의 일부이지만, 위성 희소돌기아교세포는 회백질의 일부로 간주된다.

미엘린화는 지능에 중요한 요소이다. 풍족한 환경에서 자란 쥐는 뇌들보에 수초가 더 발달했다는 보고가 있다.

4.1. 미엘린 형성

포유류의 신경계는 신호 전달 속도를 높이기 위해 이온 누출을 줄이고 세포막의 정전 용량을 감소시키는 수초에 결정적으로 의존한다. 수초는 또한 랑비에 결절에서 활동 전위의 도약 전도가 발생하므로 임펄스 속도를 증가시킨다. 수초가 있는 축삭의 임펄스 속도는 축삭 직경에 따라 선형적으로 증가하는 반면, 수초가 없는 세포의 임펄스 속도는 직경의 제곱근에 따라서만 증가한다. 절연은 내부 섬유의 직경에 비례해야 한다. 축삭 직경을 총 섬유 직경(수초 포함)으로 나눈 최적의 비율은 0.6이다.

수초 형성은 출생 시 몇몇 뇌 영역에서만 만연하며 성인기까지 계속된다. 전체 과정은 약 25~30세까지 완료되지 않는다. 수초 형성은 지능의 중요한 구성 요소이며, 백질의 양은 어린이의 IQ 검사 결과와 양의 상관관계를 가질 수 있다. 인지적 유연성을 증가시키는 것으로 알려진 풍부한 환경에서 길러진 쥐는 뇌량에 더 많은 수초 형성을 보였다.

4.2. 면역 기능

희소돌기아교세포는 중추신경계의 축삭을 수초화하는 역할로 가장 잘 알려져 있지만, 면역 조절에도 중요한 기능을 수행한다. 이 세포들은 사이토카인과 케모카인을 분비하여 다양한 면역 세포의 활성을 조절함으로써 면역 환경에 영향을 미칠 수 있다. 희소돌기아교세포는 염증 신호에 반응할 수 있는 수용체를 발현하여 뇌의 방어 기전에 참여한다. 또한 혈액-뇌 장벽 유지에도 역할을 하며, 염증 해결에도 기여하여 신경 유지와 면역 반응 모두에서 다면적인 역할을 수행함을 보여준다. 대부분의 연구는 OPC의 면역 기능에 초점을 맞춰왔지만, 희소돌기아교세포 자체가 여전히 중요한 면역 기능을 가지고 있는 것으로 여겨진다.

4.3. 대사 지원

신경계통의 일부인 희소돌기아교세포는 신경세포와 밀접하게 연관되어 있으며, 다른 신경교세포와 마찬가지로 뉴런을 지지하는 역할을 한다. 희소돌기아교세포는 신경교세포주 유래 신경영양 인자(GDNF), 뇌 유래 신경영양 인자(BDNF), 인슐린 유사 성장 인자-1(IGF-1) 생성을 통해 영양을 지원한다. 또한, 젖산 셔틀 가설에서 설명하는 것처럼 뉴런에 직접 대사 산물을 제공할 수도 있다.

위성 희소돌기아교세포는 기능 면에서 다른 희소돌기아교세포와 다르다. 이들은 뉴런에 부착되어 절연 역할을 하는 대신 뉴런과 나란히 존재하면서 세포외액을 조절한다.

5. 병리학

희소돌기아교세포 손상은 여러 질병을 유발할 수 있다. 여기에는 다발성 경화증과 백색질형성장애와 같은 탈수초성 질환, 척수 손상과 같은 신체 외상, 뇌성마비, 뇌졸중 등이 포함된다. 희소돌기아교세포 손상의 주요 원인으로는 글루탐산의 과도한 방출, NMDA 수용체에 의한 손상, JC 바이러스 감염, 희소돌기신경교종(oligodendroglioma^영어)과 같은 종양, 플루오로유라실(fluorouracil^영어, 5-FU) 같은 화학치료제 등이 있다.

DNA 메틸화는 희소돌기아교세포 변성에 영향을 줄 수 있으며, 수초 손상은 아밀로이드 플라크 축적을 악화시켜 알츠하이머병의 위험을 높일 수 있다. 뇌엽 회백질의 신경 위성 세포는 희소돌기아교종을 생성할 수 있는데, 이는 연질막 아래의 종양 세포 덩어리이다.

5.1. 탈수초성 질환

다발성 경화증과 백색질형성장애는 희소돌기아교세포가 손상되어 생기는 탈수초성 질환이다. 척수 손상 등 외상으로도 탈수초 현상이 나타날 수 있다. 뇌성마비는 때로 뇌실주위 백질연화증으로 인해 나타나기도 하지만, 대부분 선천적으로 뇌가 손상되어 발병한다. 뇌성마비, 척수 손상, 뇌졸중, 다발성 경화증에서 희소돌기아교세포는 신경전달물질인 글루탐산이 과도하게 방출되거나 NMDA 수용체로 인해 손상된다. 희소돌기아교세포 기능이상은 양극성장애와 조현병의 병태생리학과 연관이 있다.

희소돌기아교세포는 JC 바이러스에 감염되기 쉽다. JC 바이러스는 백색질에 특이적인 영향을 미치는 진행성 다초점 백색질뇌병증(pogressive multifocal leukoencephalopathy)을 일으키며, 면역억제 환자에게 주로 발병한다. 희소돌기아교세포에 생기는 종양을 희소돌기신경교종(oligodendroglioma)이라 한다. 화학치료제인 플루오로유라실(fluorouracil, 5-FU)은 설치류의 희소돌기아교세포를 손상시켜 급성 중추신경계 손상을 일으키거나 중추신경계 퇴행 속도를 빠르게 한다.

5.2. 뇌성마비

뇌성마비는 뇌실주위 백질연화증으로 인해 나타나기도 하지만, 대부분 선천적으로 뇌가 손상되어 발병한다. 뇌성마비, 척수 손상, 뇌졸중, 다발성 경화증에서 희소돌기아교세포는 신경전달물질인 글루탐산이 과도하게 방출되거나 NMDA 수용체로 인하여 손상된다.

5.3. 정신 질환

희소돌기아교세포 기능 이상은 양극성장애와 조현병의 병태생리학과 연관이 있다.

5.4. 기타 질환

탈수초 질병은 희소돌기아교세포가 손상되어 생기는 질병으로, 다발성 경화증과 백색질형성장애가 이에 속한다. 척수 손상 등 외상으로 탈수초 현상이 일어날 수 있다. 뇌성마비는 때로 뇌실주위 백질연화증으로 인해 나타나기도 하지만, 대부분 선천적이고 새로 형성되는 뇌가 손상되어 발병한다. 뇌성마비와 척수 손상, 뇌졸중, 다발성 경화증에서 희소돌기아교세포는 신경전달물질인 글루탐산이 과도하게 방출되거나 NMDA 수용체로 인하여 손상된다. 희소돌기아교세포 기능이상은 양극성장애와 조현병의 병태생리학과 연관이 있다.

희소돌기아교세포는 JC 바이러스에 감염되기 쉽다. JC 바이러스는 백색질에 특이적인 영향을 미치는 진행성 다초점 백색질뇌병증(pogressive multifocal leukoencephalopathy^영어)을 일으키며, 면역억제 환자에게 주로 발병한다. 희소돌기아교세포에 생기는 종양을 희소돌기신경교종(oligodendroglioma^영어)이라 한다. 화학치료제인 플루오로유라실(fluorouracil^영어, 5-FU)은 설치류의 희소돌기아교세포를 손상시켜 급성 중추신경계 손상을 일으키거나 중추신경계 퇴행 속도를 빠르게 한다. DNA 메틸화 또한 희소돌기아교세포의 변성에 역할을 할 수 있다.

수초 손상은 아밀로이드 플라크 축적을 악화시키는 것으로 나타났으며, 잠재적으로 연령 관련 수초 감소를 알츠하이머병의 상위 위험 요인으로 위치시킨다. 희소돌기아교세포는 또한 아밀로이드 생성 경로의 구성 요소를 풍부하게 발현하고, 아밀로이드 베타(Aβ)를 생성하며 플라크 부담에 기여하여, 알츠하이머병 치료 중재를 고려할 때 관련이 있다.

뇌엽의 회백질에 있는 신경 위성 세포는 천천히 자라는 종양을 생성할 수 있다. 희소돌기아교종이라고 알려진 종양은 연질막 아래의 종양 세포 덩어리이다.