코로나 바이러스가 세포 사이에 작은 터널을 만들어 뇌까지 침투할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 뇌 신경세포는 코로나 바이러스가 직접 결합하지 않아 코로나 감염자에서 나타나는 신경이상 증상을 설명하기 어려웠다. 이번 결과는 인지능력 저하나 감각 이상 같이 뇌에서 나타나는 코로나 후유증을 치료할 새 길을 제시했다는 평가를 받았다.
프랑스 파스퇴르 연구소의 키아라 주르졸로 박사 연구진은 21일 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴스’에 “코로나 19를 유발하는 바이러스(SARS-CoV-2)가 미세 통로인 터널링 나노튜브((TNT)를 만들어 호흡기 세포에서 신경세포로 퍼지는 것을 실험을 통해 확인했다”고 밝혔다.
◇신경세포로 연결통로 만들어 침투
코로나 바이러스가 뇌까지 침투한다는 사실은 이미 여러 감염자를 통해 확인된다. 코로나 감염자들은 머릿속에 안개가 낀 것처럼 어지럽고 멍한 느낌이 지속된다고 호소한다. 이른바 ‘브레인 포그(brain fog)’ 증상이다. 코로나에 걸렸다가 완치된 사람도 계속 인지기능에 문제가 생긴다는 연구결과도 나왔다.
하지만 코로나 바이러스가 어떻게 뇌까지 침투하는지 정확하게 밝혀지지 않았다. 뇌 신경세포는 코로나 바이러스에 직접 감염되지 않기 때문이다. 코로나 바이러스는 마치 열쇠로 문을 열 듯 표면 돌기인 스파이크 단백질을 인체 세포 표면의 ACE2 수용체 단백질에 결합시켜 침투한다. 신경세포는 코나 목의 호흡기세포와 달리 이런 ACE2 수용체가 없어 코로나 바이러스가 바로 달라붙지 못한다.
파스퇴로 연구소 과학자들은 세포 실험을 통해 코로나 바이러스가 뇌로 침투하는 우회 통로를 밝혀냈다. 연구진은 사람 신경세포와 원숭이 신장세포를 각각 배양접시에서 키우며 코로나 바이러스를 주입했다.
원숭이 신장세포는 사람의 코나 목 세포처럼 ACE2 수용체가 있어 바로 코로나 바이러스에 감염됐다. 반면 사람 신경세포는 코로나 바이러스가 결합하지 못했다. 하지만 두 세포를 같은 배양접시에서 키우자 신경세포도 코로나 바이러스에 감염됐다.
전자현미경으로 관찰한 결과, 원숭이 신장세포에서 사람 신경세포로 가느다란 관이 연결돼 있었다. 바로 세포 터널링 나노튜브이다. 연구진은 코로나 바이러스가 먼저 호흡기세포에 감염된 다음 신경세포로 터널링 나노튜브를 연결시킨다고 설명했다.
세포 터널링 나노튜브는 근육단백질인 액틴으로 이뤄져 있다. 앞서 연구에서 터널링 나노튜브를 통해 미토콘드리아나 리소좀, 엔도솜 같은 세포 소기관이나 단백질 , RNA 조각과 바이러스, 칼슘 이온 등이 세포 사이에 전달되는 것으로 밝혀졌다.
◇뇌세포 칩, 미니 뇌 이용한 연구 활발
과학자들은 이번 연구 결과는 코로나 바이러스가 ACE2 수용체 없이도 세포 사이를 이동하는 경로를 잘 밝혔다고 팡가했다. 하지만 아직 세포 실험에 그쳐 실제 사람 뇌에서도 같은 일이 일어나는지 규명해야 한다는 지적도 나왔다.
주르졸로 박사는 칩 위에 구현한 미니 뇌로 후속 실험을 하겠다고 발혔다. 최근 각종 장기(臟器) 세포를 손가락 크기의 칩 위에 배양해 실제 장기 대신 실험하는 연구가 활발하다. 이른바 ‘칩 위의 장기(organ on a chip)’ 연구이다. 주르졸로 박사는 “터널링 나노튜브가 코로나 바이러스를 코에서 뇌로 전달하는 경로임이 확증되면 이를 차단하는 약을 개발할 수 있다”며 “나노튜브를 차단할 수 있는 물질들을 탐색하고 있다”고 밝혔다.
뇌세포로 만든 미니 뇌를 이용해 코로나 바이러스의 침투 경로를 밝힌 연구도 있다. 미국 UC샌디에이고 의대의 조셉 글리슨 교수 연구진은 지난해 7워 국제 학술지 ‘네이처 메디슨’에 “미니 뇌 실험으로 코로나 바이러스가 혈관을 통해 뇌로 침투하는 경로를 규명했다”고 밝혔다.
연구진은 줄기세포를 시험관에서 키워 뇌와 유사한 입체 구조로 만들었다. 이른바 ‘오가노이드(organoid)’로 흔히 ‘미니 장기’ 또는 ‘유사 장기’라고 한다. 코로나 바이러스는 먼저 오가노이드를 감싼 혈관 세포에서 증식한 다음 신경세포에 영양분을 제공하는 세포로 옮겨갔다.
결국 신경세포에 영양분이 제대로 제공되지 않으면서 뇌기능에 문제가 생긴다고 연구진은 설명했다. 코로나 바이러스가 신경세포에 손상을 주는 간접 경로를 밝힌 셈이다. 이번 프랑스 과학자들은 한 걸음 더 나가 코로나 바이러스가 신경세포로 직접 침투하는 경로를 처음으로 밝힌 것이다.
