파킨슨병

파킨슨병은 뇌의 흑질(Substantia nigra) 영역에 존재하는 도파민 신경세포(Dopaminergic neuron)의 퇴화(Degeneration)에 의해 유발되는 신경퇴행성질환(Neurodegenerative disease)으로, 다양한 운동장애와 함께 인지장애를 유발한다.

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파킨슨병은 60대 이상의 연령자 중 1% 정도가 겪는 신경퇴행성질환이다. 대표적인 증상은 아래와 같다.

파킨슨병은 뇌 영역 중 흑질의 도파민 신경세포의 퇴화에 의해 유발된다. 흑질의 도파민 신경세포는 뇌의 여러 영역으로 축삭돌기(Axon)를 뻗어 그 영역에 위치한 신경세포와 시냅스(Synapse)를 형성하고 도파민을 분비한다. 분비된 도파민은 그 영역의 신경세포 표면에 위치한 도파민 수용체(Dopamine receptor)에 결합하여 다양한 세포신호(Cell signal)을 유발함으로써 신경세포의 기능에 영향을 미친다.

파킨슨병의 발병과정에 특히 중요한 신경망은, 흑질의 도파민 신경세포가 줄무늬체 또는 선조체(Striatum) 뇌 영역의 신경세포와 연결된 신경망이다. 줄무늬체는 뇌 기저핵(Basal ganglia)의 한 영역으로 움직임을 할지 안할지(Go or Stop)를 결정하는 핵심적인 뇌 영역이다. 도파민이 이 부위에 분비되면, 움직임을 유발하도록하는 신경세포(Direct pathway neuron)의 활성을 높이고, 반대로 움직임을 억제하는 신경세포(Indirect pathway neuron)의 활성을 낮추는 역할을 한다. 이는 이들 각각의 신경세포가 표면에 갖고 있는 도파민 수용체의 타입이 다르기 때문이다 (Direct pathway neuron은 D1-타입 도파민 수용체를, Indirect pathway neuron은 D2-타입 도파민 수용체를 표면에 갖고 있다).

따라서 흑질의 도파민 신경세포가 퇴화되는 파킨슨병에서는 줄무늬체에 대한 도파민 분비가 줄어들고, 움직임을 유발하는 신경세포의 활성은 줄고, 반대로 움직임을 억제하는 신경세포의 활성은 높아지는 것과 같은 영향을 줌으로써, 결과적으로 파킨슨병에서 나타나는 행동의 이상이 유발된다.

파킨슨병이 도파민을 분비하는 신경세포의 퇴화에서 유발됨에 기초하여, 도파민의 전구체(Precursor)인 L-Dopa (L-3,4-dihydroxyphenylalanine)를 투여하는 방법이 치료제로 사용되었다. L-Dopa는 남아있는 흑질의 도파민 신경세포에서 도파민으로 변화되어 다른 뇌 영역으로 분비된다. 또한, 도파민 촉진제(Dopamine agonist)도 치료제로 사용되었는데, 이들은 도파민과 유사하게 도파민 수용체에 작용할 수 있다. 그러나 L-Dopa와 도파민 촉진제는 흑질 도파민 신경세포의 퇴화 및 파킨슨병의 진행을 막을 수 없을 뿐 아니라, 심각한 부작용을 초래한다. 이러한 치료법을 대체하기 위해 심부 뇌 자극(Deep brain stimulation)이 사용되고 있으며, 2002년도에 미국 심품 의약품 안전처(U.S. Food and Drug Administration)은 파킨슨병에 대한 치료법으로 심부 뇌 자극을 승인하였다.

그림 1. 도파민 합성의 전구체. L-Dopa로부터 도파민이 합성될 수 있다. (출처: Wkipedia, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Catecholamine_and_trace_amine_biosynthesis.png).

심부 뇌 자극은 강한 전기적 자극을 뇌의 미세한 특적 영역에 가함으로써 이 영역 신경세포의 비정상적 기능을 억제하고자하는 기법이다. 파킨슨병의 경우 시상하핵(Subthalamic nucleus)에 대해 심부 뇌 자극을 실시할 경우, 환자의 이상 행동이 극적으로 회복되는 것이 보고되었으며, 현재까지 전세계적으로 10만명 이상의 파킨슨병 환자가 심부 뇌 자극 치료법을 적용받았다. 신경외과의사인 알림 루이스 베나비드(Alim Louis Benabid)와 신경학자인 마론 드롱(Mahlon DeLong)은 심부 뇌 자극을 파킨슨병에 적용한 공로로 2014년 레스커 상(Lasker award)를 공동수상 하였다.

위의 치료법 뿐 아니라, 최근에는 줄기세포(Stem cell) 기술을 활용하여 도파민 신경세포를 파킨슨병 환자의 줄무늬체 영역에 새로 주입하고자하는 시도가 이루어지고 있다.

운동완만(Bradykinesia), 운동불능(Akinesia), 흑질(Substantia nigra), 도파민 신경세포(Dopaminergic neuron), 선조체(Striatum), 기저핵(Basal ganglia)

1. Neuroscience : exploring the brain (Bear, Connors, Paradiso저, 4판, Wolters Kluwer).

2.