우울증, 뇌 속 '설탕 장식'이 망가지며 시작된다?

우울증, 뇌 속 ‘설탕 장식’이 무너지면서 시작될 수 있습니다

단순히 기분이 가라앉는 것이 아니라, 뇌에서 일어나는 미세한 분자 변화가 우울증의 원인이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. 기초과학연구원 연구진은 뇌의 감정 조절 부위인 전전두엽에서 ‘당쇄화’라 불리는 과정을 통해 우울증이 시작될 수 있다는 사실을 밝혔습니다.

당쇄화는 단백질에 당(설탕 성분)이 붙는 과정을 말합니다. 이 과정은 뇌세포 간 신호 전달을 원활하게 하고, 신경 회로를 안정적으로 유지하는 데 꼭 필요합니다.

연구진은 우울증 생쥐 모델을 만들어 분석한 결과, 전전두엽에서 이 ‘설탕 장식’이 무너지면서 감정 회로에 이상이 생기는 것을 확인했습니다. 특히 당을 붙이는 효소의 양이 줄어들며, 우울감, 무기력, 긴장 증가 같은 증상이 나타났습니다.

연구진은 뇌에서 당을 붙이는 효소를 다시 늘려주자 우울증 증상이 눈에 띄게 줄어드는 것을 발견했습니다. 이는 뇌 속 당쇄화 균형이 감정 회복에 중요한 역할을 한다는 점을 시사합니다.

약물 중심 치료를 넘어서, 분자 수준에서 우울증을 이해하고 접근할 수 있는 새로운 길이 열리고 있습니다.

논문명: Abnormal O-Glycan Sialylation in the mPFC Contributes to Depressive-like Behaviors in Male Mice
저널: Science Advances(2025)
연구진: Youngsuk Seo, Inwoong Song, Ki Jung Kim, Bomi Chang, Prajitha Pradeep, Woo Suk Roh, Woojin Won, Jinhyeong Joo, Myeongju Kim, Jae Cheol Jeong, C. Justin Lee, and Boyoung Lee

이번 연구는 우울증뿐 아니라 PTSD, 조현병 같은 정신질환의 원인을 분자적 관점에서 찾는 계기가 될 수 있습니다. 뇌 속 ‘설탕 장식’처럼 보이지 않지만 중요한 변화들을 추적하면, 보다 정밀하고 개인 맞춤형 치료가 가능해질 것입니다.

▲ 우울증 모델에서 뇌 O-당쇄화 변화를 규명하기 위한 연구 전략

연구진은 먼저 스트레스를 오랜 시간 받은 생쥐를 이용해 우울증 행동을 보이는 모델을 만들었습니다(왼쪽). 이후 고성능 분석 장비를 사용하여 뇌 속 9개 영역의 당쇄화 양상과 단백질 변화를 정밀하게 분석하였습니다(가운데).

그 결과, 전전두엽에서 시알산이라는 당이 줄어들고, 이를 조절하는 St3gal1 효소가 눈에 띄게 감소한 것을 확인할 수 있었습니다.

이러한 변화는 신경세포 연결을 돕는 단백질과 뇌 회로의 균형 유지에 영향을 미치며(오른쪽), 결국 우울증 행동과 직접적으로 관련된다는 사실을 밝혔습니다.

▲ 정상과 스트레스 마우스의 뇌 당쇄화 변화

연구팀은 정상 생쥐(CON)와 스트레스를 받은 생쥐(CVS)의 뇌 9개 영역을 비교하여 당쇄화 패턴을 살펴보았습니다(왼쪽).

그 결과, 뇌 각 부위마다 당쇄화가 서로 다른 양상을 보였으며, 특히 전전두엽(PFC), 소뇌 피질(CC), 후각망울(OLB), 간뇌(DIE) 부위에서는 스트레스로 인한 변화가 두드러졌습니다(오른쪽).

이로써 스트레스가 뇌 특정 부위의 단백질 기능을 변화시키고, 그로 인해 우울증 증상으로 이어질 수 있음을 알 수 있었습니다.

▲ 전전두엽의 St3gal1 발현 감소에 따른 정상 마우스의 우울증 행동 유도

정상 생쥐의 전전두엽에 St3gal1 유전자 작용을 억제하는 바이러스를 주입하자, 스트레스를 받지 않았음에도 불구하고 우울증을 연상케 하는 행동이 나타났습니다.

예를 들어, 낯선 환경에서 먹이를 찾는 시간이 길어지며 불안과 긴장이 커졌고(NSFT 검사), 달콤한 맛에 대한 반응이 줄어드는 무쾌감(SPT 검사)도 확인되었습니다.

이는 단 하나의 유전자 변화만으로도 감정 상태가 크게 달라질 수 있음을 보여줍니다.

▲ St3gal1 발현 증가 시 우울증 행동 완화

이번에는 스트레스를 받은 생쥐(CVS)의 전전두엽에 St3gal1 유전자를 증가시키는 바이러스를 넣어 보았습니다. 그 결과, 불안 행동(NSFT)이나 절망 행동(TST)이 뚜렷하게 줄어들었습니다.

St3gal1을 회복시킨 생쥐는 스트레스 상황에서도 감정이 비교적 안정된 모습을 보였습니다. 이처럼 St3gal1은 우울증과 같은 감정 조절에 핵심적인 역할을 할 수 있으며, 새로운 치료 타깃으로 주목됩니다.