배경

전체 뇌전증 환자 가운데 30% 이상은 여러 항경련제를 복용해도 경련과 발작이 조절되지 않는 약물 불응성 뇌전증을 겪는다. 잦은 발작은 뇌 신경망 손상을 누적시키며 환자의 일상을 무너뜨리기 일쑤다. 기존 의료 현장에서는 약물이 듣지 않을 때 발작 초점 부위를 외과적으로 잘라내는 절제술을 고려해 왔다. 문제는 발작을 촉발하는 뇌 조직이 언어나 기억, 운동 기능을 주관하는 중요 피질에 인접할 때가 흔하다는 사실이다. 뇌 병소를 광범위하게 잘라내면 영구적인 언어 장애나 반신 마비 같은 비가역적 신경학적 결손이 발생할 위험이 뒤따른다.

외과적 절제가 불가능한 환자들에게는 뇌심부자극술(DBS)이나 반응성 뇌신경자극술(RNS) 같은 전기적 신경조절 장치가 대안으로 제시되기도 했다. 하지만 이러한 기기 삽입술은 침습적인 전극 유치와 배터리 교체 수술을 요구하는 데다, 전류가 주변 신경망으로 무차별 확산돼 표적 신경만 정밀하게 다스리기 어렵다는 한계를 안고 있다. 정상 뇌 신경망을 물리적으로 훼손하지 않으면서, 발작을 촉발하는 비정상 신경세포만 선택적으로 억제하는 정밀 치료법이 절실했던 이유다.

핵심 발견

연구진은 억제성 인공 수용체를 원하는 신경세포에 발현시키는 화학유전학(Chemogenetics) 기술을 난치성 뇌전증 환자의 뇌 병소에 적용한 임상 결과를 발표했다. 무해화된 아데노연관바이러스(AAV) 벡터에 약물전용 인공수용체(DREADD) 유전자를 탑재해 정위 신경외과 수술로 발작 초점에 정확히 주입하는 방식이다. 도입된 인공 수용체는 세포 내 억제성 신호를 전달하는 변형 무스카린성 수용체(hM4Di) 단백질이다. 이 수용체는 뇌 속 도파민이나 글루타메이트 같은 천연 신경전달물질에는 전혀 반응하지 않는다.

대신 외부에서 투여하는 특정 화학 리간드인 데스클로로클로자핀(DCZ)과 선택적으로 반응하도록 설계됐다. 실제로 환자에게 유도 약물인 DCZ를 경구 투여하자, 과흥분했던 발작 초점 부위 신경세포의 전기적 활성이 수 시간 동안 안정적인 진정세를 보였다. 두개내 뇌파(EEG) 검사에서는 병적 뇌파 방전 빈도가 기저치 대비 70% 이상 급감하는 양상이 뚜렷하게 관찰된다. 특히 우려했던 전신 마비나 인지 저하 같은 신경학적 부작용이 동반되지 않았다는 사실은 안전성 측면에서 고무적인 결과다. 뇌 조직을 물리적으로 잘라내지 않고도, 경구용 약물 복용 시점에만 선택적으로 신경 회로를 꺼두는 분자 스위치가 인간 뇌 안에서 안전하게 작동함을 확인한 셈이다.

의미와 전망

이번 성과는 오랜 기간 실험실 동물 연구에 머물던 화학유전학을 실제 인간 중추신경계 질환 치료 영역으로 확장했다는 대목에서 중요한 임상적 이정표에 해당한다. 기존 약물 치료에 반응하지 않고 수술마저 불가능했던 난치성 환자들에게 뇌 기능을 온전히 보존하는 회로 맞춤형 치료 경로가 열린 셈이다. 표적 세포에만 작용하므로 고용량 약물 복용에 따른 인지 기능 저하나 전신 독성 부담도 덜어낼 수 있다.

응용 잠재력은 뇌전증에만 국한되지 않는다. 비정상적 신경 회로 과흥분이 원인인 파킨슨병, 신경병증성 만성 통증, 난치성 정신질환 등 다양한 중추신경계 질환에도 동일한 플랫폼을 응용할 수 있다는 평가다. 실용화를 위해 풀어야 할 과제도 분명하게 존재한다. 바이러스 벡터에 실린 인공 유전자가 인체 뇌 조직에서 수년간 면역 거부 없이 안정적으로 유지되는지 확인하는 장기 추적 관찰이 요구된다. 약물을 반복 복용할 때 인공 수용체가 둔감해지는 탈감작 현상이 일어나는지 검증하는 대규모 후속 임상 역시 필수 과제로 꼽힌다.