과학자들이 근육을 만들고, 지방을 태우고, 두뇌 기능을 향상시키는 깊은 수면 회로를 발견했습니다.

연구진은 깊은 수면과 성장 호르몬 분비를 연결하는 뇌 회로를 규명하여 두 호르몬이 서로를 조절하는 방식을 밝혀냈습니다. 새롭게 발견된 이 피드백 고리는 수면 부족이 성장, 근육 회복, 지방 대사 및 뇌 기능에 어떤 영향을 미치는지 설명하는 데 도움을 줍니다. (사진 제공: 양단 연구실/UC 버클리)

숙면은 단순히 개운한 기분을 느끼게 해주는 것 이상의 효과를 가져다줍니다. 근육과 뼈를 형성하고, 지방을 태우고, 건강한 성장을 돕는 중요한 호르몬인 성장 호르몬의 분비를 촉진하기도 합니다. 운동선수들이 경기 후 회복을 위해 질 좋은 수면을 중요하게 여기는 이유도, 청소년들이 키를 최대한 키우기 위해 충분한 수면이 필요한 이유도 바로 이 때문입니다.

과학자들은 오랫동안 성장 호르몬 수치가 수면 중, 특히 깊은 비렘수면 단계에서 증가한다는 사실을 알고 있었습니다. 하지만 뇌가 이 과정을 정확히 어떻게 조절하는지는 여전히 불분명했습니다.

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 연구진이 수면 중 성장 호르몬 조절을 담당하는 뇌 회로를 밝혀냈습니다. 학술지 ' 셀(Cell) '에 발표된 이번 연구는 성장 호르몬 수치의 균형을 유지하는 데 도움을 주는 이전에 알려지지 않았던 피드백 시스템도 공개했습니다.

이번 발견은 수면과 호르몬 조절 사이의 밀접한 관계에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 이는 궁극적으로 당뇨병과 같은 대사 질환과 관련된 수면 장애는 물론 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환에 대한 새로운 치료법 개발에 도움이 될 수 있습니다.

"사람들은 성장 호르몬 분비가 수면과 밀접한 관련이 있다는 것을 알고 있지만, 이는 단지 수면 중에 혈액을 채취하여 성장 호르몬 수치를 확인하는 방식에만 의존한 것입니다."라고 이번 연구의 제1저자인 신루 딩(Xinlu Ding) UC 버클리 신경과학과 및 헬렌 윌스 신경과학 연구소 박사후 연구원은 말했습니다. "우리는 생쥐의 신경 활동을 직접 기록하여 어떤 일이 일어나고 있는지 확인하고 있습니다. 이는 향후 다양한 치료법 개발을 위한 기본 회로를 제공하는 것입니다."

성장 호르몬은 포도당과 지방 대사를 조절하는 데에도 관여하기 때문에, 지속적인 수면 부족은 비만, 당뇨병, 심혈관 질환의 위험을 증가시킬 수 있습니다.

뇌는 수면 중에 어떻게 성장 호르몬을 조절하는가?

성장 호르몬 분비를 조절하는 신경 세포는 포유류 전반에 걸쳐 발견되는 고대 뇌 영역인 시상하부 깊숙한 곳에 위치해 있습니다. 여기에는 성장 호르몬 방출 호르몬(GHRH) 뉴런과 두 가지 유형의 소마토스타틴 뉴런이 포함됩니다.

성장 호르몬이 분비되면 뇌간의 일부인 청색핵의 뉴런이 활성화되는데, 청색핵은 각성, 주의력, 사고력, 새로운 경험에 대한 반응과 관련된 부위입니다. 청색핵에 문제가 생기면 수많은 신경계 및 정신 질환과 연관이 있는 것으로 알려져 있습니다.

"성장 호르몬 분비를 조절하는 신경 회로를 이해하면 궁극적으로 수면의 질을 개선하거나 정상적인 성장 호르몬 균형을 회복하는 새로운 호르몬 치료법 개발로 이어질 수 있습니다."라고 UC 버클리 박사후 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 다니엘 실버만은 말했습니다. "특정 세포 유형을 표적으로 하는 유전자 치료법들이 실험적으로 시도되고 있는데, 이 회로는 이전에는 논의되지 않았던 청색핵의 흥분성을 조절하는 새로운 접근 방식이 될 수 있을 것입니다."

수면 성장 호르몬 회로 지도 작성

UC 버클리 신경과학 및 분자세포생물학 교수인 양단 연구실에서 연구팀은 쥐의 뇌에 전극을 삽입하고 시상하부 뉴런에 빛을 쬐어 자극하면서 신경 활동을 기록하는 방식으로 뇌 회로를 연구했습니다.

쥐는 자연적으로 낮과 밤에 걸쳐 몇 분씩 짧게 잠을 잡니다. 이러한 수면 패턴 덕분에 연구자들은 여러 수면 및 각성 주기에 걸쳐 성장 호르몬 활동의 변화를 반복적으로 관찰할 수 있었습니다.

연구팀은 첨단 회로 추적 기술을 사용하여 성장 호르몬 분비를 조절하는 두 가지 펩타이드 호르몬이 수면 단계에 따라 다르게 작용한다는 사실을 발견했습니다. GHRH는 성장 호르몬 분비를 촉진하는 반면, 소마토스타틴은 억제합니다.

REM 수면 중에는 GHRH와 소마토스타틴 수치가 모두 증가하여 성장 호르몬 분비가 촉진됩니다. 그러나 비 REM 수면 중에는 소마토스타틴 수치가 감소하고 GHRH는 완만하게 증가하여 호르몬 조절 패턴이 달라집니다.

수면과 각성의 균형을 유지하는 피드백 루프

연구진은 또한 청색핵과 관련된 이전에 알려지지 않았던 피드백 메커니즘을 확인했습니다.

수면 중에 성장 호르몬이 점차 축적되면서 청색핵을 자극하여 각성을 유도합니다. 그러나 청색핵의 활동이 지나치게 높아지면 오히려 졸음을 유발한다는 연구 결과가 실버만 연구진에 의해 올해 초에 발표되었습니다.

"이는 수면과 성장 호르몬이 긴밀하게 균형을 이루는 시스템을 형성한다는 것을 시사합니다. 수면 부족은 성장 호르몬 분비를 감소시키고, 성장 호르몬 과다는 뇌를 각성 상태로 몰아갈 수 있습니다."라고 실버만은 말했습니다. "수면은 성장 호르몬 분비를 촉진하고, 성장 호르몬은 다시 각성 상태를 조절하는 피드백 작용을 하며, 이러한 균형은 성장, 회복 및 신진대사 건강에 필수적입니다."

성장 호르몬은 낮 동안 각성 상태를 유지하는 데 중추적인 역할을 하는 청색핵에 영향을 미치기 때문에, 새롭게 밝혀진 이 시스템은 주의력 및 기타 인지 기능 측면에도 영향을 미칠 수 있습니다.

딩 박사는 "성장 호르몬은 근육과 뼈를 키우고 지방 조직을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 인지 기능에도 도움이 되어 아침에 일어났을 때 전반적인 각성 수준을 높여줄 수 있다"고 말했습니다.

이 연구는 하워드 휴즈 의학 연구소(HHMI)의 지원을 받았으며, HHMI는 올해까지 댄을 HHMI 연구원으로 지원해 왔습니다. 또한, 피보탈 생명과학 총장 석좌 기금의 지원도 받았습니다. 댄은 현재 신경과학 분야의 피보탈 생명과학 총장 석좌입니다. 공동 저자로는 UC 버클리의 Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu, Zhiyu Melissa Tian과 스탠포드 대학교의 Fuu-Jiun Hwang, Jun Ding이 참여했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/06/260626030433.htm