호르몬 주기는 뇌의 주요 기억 영역의 구조와 기능을 형성합니다.

호르몬 수치는 조수처럼 변동하며, 세심하게 조율된 주기에 따라 밀물과 썰물을 반복합니다. 이러한 호르몬은 신체에 영향을 미칠 뿐만 아니라 뇌로 침투하여 신경 세포의 행동과 인지 과정을 형성할 수 있습니다. 최근 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스(UC Santa Barbara)의 연구진은 최신 레이저 현미경 기술을 사용하여 난소 호르몬의 변동이 포유류의 기억 형성과 공간 학습에 중요한 뇌 영역인 생쥐 해마 신경 세포의 구조와 기능에 어떻게 영향을 미치는지 관찰했습니다. 연구진은 생쥐의 발정 주기(인간의 28일 생리 주기와 유사한 4일 주기) 동안의 호르몬 변동이 해마 신경 세포의 형태와 행동에 강력한 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

"난소 호르몬, 특히 에스트로겐의 일종인 에스트라디올이 뉴런의 구조와 기능에 중요한 영향을 미친다는 것은 오래전부터 알려져 왔습니다."라고 UCSB 신경과학자이자 Neuron 저널에 게재된 논문의 수석 저자인 마이클 고드는 말했습니다. 1990년대에는 발정 주기의 여러 단계에서 채취한 암컷 설치류 뇌 조직을 생체 외 실험으로 조사했습니다. 그 결과, 에스트라디올 수치가 최고조에 달하는 "발정전기" 단계에서 해마의 뉴런은 뉴런의 수상돌기에서 뻗어 나온 작은 돌기인 수상돌기가 더 많이 형성되는 경향이 있으며, 이는 뉴런 간의 주요 연결 부위 역할을 한다는 것을 발견했습니다.

"지금까지 발정 주기가 살아있는 생쥐의 신경 세포에 어떤 영향을 미치는지에 대한 이해는 거의 없었습니다."라고 논문의 주저자인 노라 월콧은 말했습니다. 이제 고어드 연구팀은 첨단 현미경 기술 덕분에 여러 발정 주기에 걸쳐 신경 세포의 구조와 활동을 측정할 수 있었고, 이를 통해 성호르몬이 뇌 가소성과 기억에 미치는 역할에 대한 통찰력을 얻을 수 있었습니다. 이 논문의 다른 저자로는 윌리엄 레드먼, 마리 카르핀스카, 에밀리 제이콥스가 있습니다.

호르몬에 의한 가소성

포유류 뇌 깊숙한 곳에 위치한 해마는 기억과 학습을 주로 담당하는 뇌 영역입니다. 해마 손상 환자는 새로운 정보를 학습하거나 새로운 일화 기억을 형성할 수 없습니다. 해마에는 에스트로겐과 프로게스테론과 같은 성호르몬 수용체가 풍부하게 존재하는데, 이는 성호르몬이 생식뿐만 아니라 기억과 같은 인지 기능에도 영향을 미친다는 것을 시사합니다.

이전 연구의 연장선상에서, 연구진은 2광자 레이저 주사 현미경을 이용하여 여러 번의 4일 발정 주기 동안 생쥐에서 수상돌기 가시의 형성과 가지치기를 추적했습니다. 발정 전기 동안 많은 새로운 가시가 관찰되었고, 이 가시들은 배란기를 거치면서 주기가 진행됨에 따라 가지치기되었습니다. 이러한 변화는 미묘하지 않았습니다. 가시의 밀도는 주기 전반에 걸쳐 20~30% 차이가 났는데, 이는 각 뉴런이 수천 개의 시냅스 연결을 가지고 있음을 나타냅니다.

"가시가 밀물과 썰물이 뇌세포 기능에 어떤 영향을 미칠까요? 아마도 이것이 뉴런이 다른 뉴런의 신호를 통합하는 방식에 영향을 미칠 것입니다."라고 고어드는 말했다. "만약 뉴런이 갑자기 시냅스 연결을 더 많이 추가한다면, 뉴런은 훨씬 더 많은 입력을 받게 되고, 이는 뉴런의 반응 방식에 영향을 미칠 것입니다."

과학자들은 연구를 위해 뉴런의 '발화'인 활동 전위와 그 자극이 뉴런을 통해 어떻게 전파되는지 조사했습니다. 일반적으로 수상돌기가 신호를 수신하고, 이 신호는 세포체로 이동하여 축삭으로 전달됩니다. 고어드는 "하지만 이 신호는 수상돌기를 통해 역전파되기도 하는데, 이는 뉴런이 정보를 수신하는 일반적인 경로입니다."라고 말했습니다. 이러한 역전파 신호는 학습과 기억의 공고화에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨집니다. 에스트라디올 수치가 최고조에 달했을 때, 역전파 신호가 수상돌기까지 더 멀리 이동한다는 것을 발견했는데, 연구진은 이것이 가소성, 즉 뇌가 새로운 신경 연결을 형성하는 능력에 영향을 미칠 수 있다고 추측합니다.

그렇다면 수상돌기 가시 밀도 증가와 역전파의 기능적 결과는 무엇일까요? 한 가지 답은 동물이 환경의 특정 위치에 있을 때 활성화되는 해마의 "장소 세포", 즉 뉴런에 있습니다. 이 뉴런들은 정신 지도를 작성하고 공간 학습 및 탐색을 돕습니다. 연구진은 동물의 새로운 장소 학습 및 기억 능력을 시험하기 위해 해마 뉴런의 활동을 측정하면서 다양한 환경을 탐험하게 했습니다.

연구진은 장소 세포가 발정기(에스트라디올 수치가 높은 시기)에 익숙한 위치에 가장 안정적으로 반응하고, 에스트라디올 수치가 가장 낮을 때 가장 가변적이라는 것을 발견했습니다. 월콧은 "같은 동물에서 신경 구조와 기능의 미세한 차이가 시간에 따라 추적된 것은 이번이 처음입니다."라고 지적했습니다.

생쥐에서 발견된 이러한 결과는 인간에게도 중요한 의미를 지닙니다. 실제로 공동 저자인 에밀리 제이콥스 연구실의 연구에 따르면 월경 주기에 따른 내분비 리듬이 인간 해마의 구조적 변화와 연관되어 있는 것으로 나타났습니다. 호르몬 주기는 일반적으로 암컷 포유류와 관련이 있지만, 수컷 또한 호르몬 변동을 경험하며, 이러한 변동은 대부분 유사한 수용체에 작용합니다. 예를 들어, 테스토스테론은 방향족화 반응을 통해 에스트로겐으로 전환될 수 있으며, 이 방향족화 반응은 해마의 에스트로겐 수용체에 작용합니다. 이는 호르몬에 의한 가소성이 널리 퍼져 있는 현상임을 시사하며, 신경과학 연구에서 내분비 요인을 고려하는 것의 중요성을 강조합니다.

"어떤 적응적 진화적 목적이 있을 것이라고 생각합니다."라고 고드는 말했습니다. "제가 그 이유가 사실이라고 생각하는 이유는 난소 호르몬 수용체가 해마에 있을 필요가 없기 때문입니다. 해마는 생식 기능에 직접적으로 관여하지 않는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 어떤 이유에서인지 해마에서 발현되고 있는데, 아마도 학습 및 기억과 관련된 목적일 것입니다. 정확히 무엇인지는 모르지만, 중요하다고 생각합니다."

호르몬 주기 변동과 뇌의 관계를 이해하는 것은 뇌 생물학에 대한 우리의 근본적인 이해를 증진시킬 뿐만 아니라, 개인 맞춤형 의학뿐 아니라 호르몬 주기 단계까지 고려하여 맞춤화된 의학의 새로운 가능성을 열어줍니다. 월콧은 "뇌가 자연적인 호르몬 주기에 반응하여 물리적으로 변화한다는 발견은 포유류의 인지 기능에 대한 우리의 이해에 새로운 도전이 됩니다."라고 말했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250513150241.htm