[코싸인의 인지과학 이야기] 신경전달물질 (2)
흥분성 신경전달물질에 대해
지난 연재에서 신경전달물질의 두 종류, 흥분성과 억제성에 대해 소개했었습니다. 간략하게 정리해보자면, 만약 신경전달물질이 표적 세포를 자극하여 작용한다면, 이는 흥분 시냅스에서 작용하는 흥분성 신경전달물질입니다. 한편, 표적 세포를 억제하는 경우는 억제 시냅스에 작용하는 억제성 신경전달물질이 되겠지요. 따라서 시냅스의 유형과 대상 조직의 반응은 신경전달물질의 유형에 따라 달라집니다. 흥분성 신경전달물질은 post-synaptic neuron의 탈분극(depolarization)을 유발하고 활동전위(action potential)를 생성합니다. 반면 억제성 신경전달물질은 대상 뉴런의 과분극(hyperpolarization)을 유발하여 활동전위 역치로부터 더 멀리 유도하여 활동을 억제합니다.
[그림1] 신경전달물질의 분비시냅스로 방출되는 신경전달물질은 아주 짧은 시간 동안, 단 몇 분 또는 몇 초 동안만 작용합니다. 시냅스 후 뉴런으로 전달되어 신호를 만들어내기도 하지만, acetylcholine esterase와 같은 효소에 의해 파괴되거나, 재흡수 메커니즘에 의해 시냅스 전 뉴런의 말단 혹은 성상교세포(astrocyte)로 재흡수된 후 재활용되기도 합니다. 이번 글에서는 흥분성 신경전달물질 각각의 종류와 역할, 그리고 뇌질환과의 연관성에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. 흥분성 신경전달물질의 종류
Glutamate (Glu)
글루타민은 중추신경계에서 가장 강력하고 흔한 흥분성 신경전달물질로, 대뇌피질을 포함하여 중추 신경계로 들어가는 많은 감각 경로의 뉴런에 의해 분비됩니다. 글루타민의 주된 역할은 항상성을 조절하는 것이지만, 중추신경계의 일반적인 흥분성 조절, 학습 과정, 그리고 기억 과정에도 참여합니다.
부적절한 글루타민의 전달은 뇌전증, 인지 및 정서 장애의 발병에 기여합니다.
Acetylcholine (ACh)
아세틸콜린은 운동 신경 세포, 기저핵(basal ganglia), 자율 신경계의 전신경절 뉴런, 부교감 신경계 및 교감 신경계의 후신경절 뉴런에 의해 분비되는 흥분성 신경 전달 물질입니다.
아세틸콜린은 근육의 정상적인 기능에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 쿠라레(curare)와 헴록(hemlock)과 같은 독성 식물은 근육 세포의 아세틸콜린 수용체 부위를 차단함으로써 근육 마비를 일으킵니다. 잘 알려진 독의 일종인 보툴린은 말단 부톤의 소포가 아세틸콜린을 방출하는 것을 방지하여 이펙터 근육의 마비를 초래하는 작용을 하기에 미용시술로도 많이 사용되지요.
아세틸콜린의 주요 기능은 근육의 수축을 자극하는 것이지만 예외도 존재합니다. 아세틸콜린이 억제성 신경전달물질으로 작용하는 유일한 경우는 바로 미주신경의 부교감 말단에서 심장 근육을 억제하기 위해 분비될 때입니다. 또한, 아세틸콜린은 감각신경 세포와 자율 신경계에서도 발견되며, 우리가 깊이 잠들어 있는 동안 꿈을 조절하는 역할도 합니다.
Norepinephrine (NE)
노르에피네프린 또는 노르아드레날린(Noradrenaline)은 뇌간, 시상하부, 부신에서 생성되어 혈류로 방출되는 흥분성 신경전달물질입니다. 뇌에서 각성과 각성의 수준을 증가시키는 데 핵심적인 역할을 합니다.
체내에서는 대부분의 신경절 후 교감신경에 의해 분비되어 여러 신체의 과정을 자극하는 역할을 하는데, 이를테면 에피네프린의 내인성 생산에서 매우 중요합니다. 체내 노르에피네프린 농도가 비정상적으로 낮을 경우, 우울증이나 불안과 같은 기분 장애를 유발할 수 있으며 비정상적으로 높은 농도는 수면 주기를 손상시킬 수 있습니다.
Epinephrine
에피네프린 또는 아드레날린(Adrenaline)은 부신의 크로마핀 세포에 의해 생성되는 흥분성 신경전달물질입니다. 에피네프린은 우리가 공포, 분노 등 극도의 자극을 받을 때 몸을 전투나 도주 반응에 대비하게 하기 위해서 방출됩니다. 에피네프린의 방출은 심장 박동수, 혈압, 간으로부터의 포도당 방출을 증가시키게 되고, 이로 인해 신경계와 내분비계가 주요 조직에 대한 영양 공급을 증가시킴으로써 신체가 위험하고 극단적인 상황에 대비하도록 하는 것입니다.
Dopamine
도파민은 흑질(substantia nigra)의 뉴런에서 분비되는 신경전달물질입니다. 도파민은 흥분성과 억제성 효과를 모두 가지고 있기 때문에 상당히 특별하다고 볼 수 있습니다. 도파민의 효과는 도파민이 결합하는 수용체의 종류에 따라 달라집니다.
도파민은 불필요한 움직임을 억제함으로써 움직임 조정에 중요한 역할을 하며, 뇌하수체에서는 프롤락틴의 분비를 억제하고 성장호르몬의 분비를 자극하기도 합니다.
흑질 파괴와 관련된 도파민 결핍은 파킨슨병을 유발하기도 하고, 도파민 작용 뉴런의 활동 증가는 정신 질환과 정신 분열증의 원인이 되기도 합니다. 또한 혈류에서 도파민의 적절한 분비는 동기나 욕구에 중요한 역할을 하지만, 약물과 알코올 남용으로 인한 일시적인 혈중 도파민 수치의 증가는 혼란과 집중력 상실을 초래할 수도 있습니다.
2. 흥분성 신경전달물질과 뇌질환
알츠하이머 병 Alzheimer’s Disease
알츠하이머병은 학습 장애와 기억 장애를 특징으로 하는 신경퇴행성 질환입니다. 이것은 뇌의 특정 영역에서 아세틸콜린의 부족과 관련이 있습니다.
우울증 Depression
우울증은 중추신경계의 노르에피네프린, 세로토닌, 도파민의 감소에 의해 발생하는 것으로 여겨집니다. 따라서 우울증의 약리학적 치료는 중추신경계에서 이러한 신경전달물질의 농도를 증가시키는 것을 목표로 하기도 합니다.
조현병 Schizophrenia
정신분열증은 전두엽에 도파민이 과다하게 분비되어 유발되는 것으로 알려져 있으며, 때문에 도파민을 사전에 차단하는 약이 치료에 사용되기도 합니다.
파킨슨 병 Parkinson’s Disease
흑질의 파괴는 도파민의 유일한 중추 신경계 공급원의 파괴로 이어집니다. 흑질의 파괴로 인한 도파민 고갈은 파킨슨병을 앓고 있는 환자들에게서 보이는 통제할 수 없는 근육 떨림의 증상을 유도합니다.
근감소증 Myasthenia Gravis
근감소증은 희귀한 만성 자가면역질환으로 신경근 접합부에서 아세틸콜린의 시냅스 전달이 손상돼 피로감과 위축 없이 근육 약화로 이어지는 것이 특징입니다. 대부분의 경우, 근감소증은 시냅스 후 신경근 접합부에서 아세틸콜린 수용체를 차단하는 순환 항체에서 비롯되는데, 이는 신경근 접합부에서 니코틴 수용체에 대한 아세틸콜린의 흥분 효과를 억제합니다.
<참고문헌>
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[2] Moore, K. L., Dalley, A. F. & Agur, A. M. R. (2014). Clinically Oriented Anatomy (7th ed.). Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins.
[3] Ross, M. J. & Pawlina, W. (2011). Histology (6th ed.). Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins.
[4] Patestas, M. A. & Gartner, L. P. (2006). A Textbook of Neuroanatomy. Victoria, Australia: Blackwell Publishing Ltd.
[5] MD, Jana Vasković “Neurotransmitters.” Kenhub, Kenhub, 21 Oct. 2022, https://www.kenhub.com/en/library/anatomy/neurotransmitters.
