코카인 중독 왜 못 끊나…KAIST, 뇌 ‘중독 스위치’ 세포 발견

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 코카인 중독 행동을 조절하는 뇌 속 핵심 신경세포의 역할을 규명했다.

KAIST는 뇌인지과학과 백세범 석좌교수와 미국 캘리포니아대 샌디에이고(UCSD) 임병국 교수 연구팀이 전전두엽 내 특정 억제성 신경세포가 코카인 중독 행동을 조절하는 원리를 밝혀냈다고 9일 밝혔다.

연구에 따르면 전전두엽 피질(PFC)은 흥분 신호와 억제 신호의 균형을 통해 충동을 억제하는 ‘브레이크’ 역할을 한다. 연구팀은 만성 약물 노출이 이 균형을 어떻게 무너뜨리는지 확인하기 위해 쥐를 대상으로 코카인 투여 실험을 진행했다.

그 결과 전전두엽 내 억제성 신경세포 가운데 약 60~70%를 차지하는 파발부민(PV) 세포가 코카인을 찾으려 할 때 활발히 활성화되는 것으로 나타났다. 반면 약물을 더 이상 찾지 않도록 훈련하는 ‘소거 훈련’을 진행하자 해당 세포의 활동은 크게 감소했다.

연구팀이 PV 세포의 활동을 인위적으로 억제하자 쥐의 코카인 탐색 행동은 크게 줄어들었다. 반대로 이 세포를 활성화할 경우 소거 훈련 이후에도 약물을 다시 찾는 행동이 지속됐다.

이 같은 현상은 설탕물 같은 일반적인 보상에서는 나타나지 않았으며, 동일한 억제성 신경세포인 소마토스타틴(SOM) 세포에서도 확인되지 않았다. 이는 PV 세포가 마약 중독 행동을 선택적으로 조절한다는 점을 보여준다.

연구팀은 또한 PV 세포의 조절 작용이 전전두엽에서 시작해 보상과 관련된 뇌 영역인 복측피개영역(VTA)으로 이어지는 신경 회로를 통해 작동한다는 사실도 확인했다. PV 세포는 이 경로의 신호 흐름을 조절해 도파민 신호에 영향을 미치며 중독 행동을 유지하거나 억제하는 ‘조절 스위치’ 역할을 하는 것으로 나타났다.

연구진은 이번 결과가 중독 행동이 단순한 뇌 기능 저하가 아니라 특정 신경세포와 신경 회로의 균형 붕괴로 발생한다는 점을 보여준다고 설명했다.

백세범 교수는 “파발부민(PV) 세포가 중독 행동의 ‘게이트’ 역할을 한다는 발견은 향후 정밀 표적 치료 전략 개발에 중요한 단서가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 UCSD 정민주 박사가 제1저자로 참여했으며, 결과는 신경과학 분야 국제 학술지 뉴런(Neuron)에 게재됐다. 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업의 지원을 받아 진행됐다.