신경세포의 재생과 시냅스 작용 원리

 

목차
1. 신경세포의 재생
2. 말초신경계와 중추신경계의 차이
3. 시냅스의 작용
4. 주요신경전달물질

 

신경세포는 한 번 손상되면 회복이 불가능하다고 알려져 왔다. 그러나 최근 연구에서는 일부 신경세포가 특정 조건 하에서 재생이 가능하다는 가능성을 보여주고 있다. 특히 말초신경계에서는 슈반세포와 같은 지지세포의 도움으로 손상된 축삭이 일정 부분 회복될 수 있다. 반면 중추신경계는 구조적·화학적 장벽으로 인해 그 재생 능력이 극히 제한적이다. 이번에는 신경세포의 재생 원리와, 자극 전달의 핵심인 시냅스의 작용 메커니즘에 대해 알아보겠습니다.

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신경세포는 재생될 수 있는가?

 

오랫동안 대부분의 과학자들은 성숙한 뉴런이 한 번 손상되면 재생되지 않는다고 여겨왔다. 그 이유는 뉴런이 이미 분화된 세포로서, 세포 주기를 더 이상 반복하지 않기 때문이다. 하지만 최근에는 이 이론에 대한 부분적 반박이 등장하고 있다. 바로 신경줄기세포(neural stem cell)의 존재 때문이다.

신경줄기세포는 자기복제(self-renewal) 능력을 지니고 있으며, 필요 시 뉴런이나 신경교세포로 분화할 수 있다. 다만, 이러한 줄기세포는 특정 환경과 생화학적 자극 조건에서만 활성화되며, 일반적인 손상 상황에서는 쉽게 활성화되지 않는다.

 

말초신경계 vs 중추신경계: 재생 능력의 차이

 

 1)  말초신경계(PNS)

말초신경계는 손상 후 재생이 가능한 구조를 갖추고 있다. 예를 들어, 손가락을 베어 신경이 다쳤더라도 세포체가 살아 있고, 슈반세포(Schwann cell)로 이루어진 신경초(sheath)가 남아 있다면, 축삭(axon)이 다시 재성장할 수 있다. 이는 다음과 같은 조건이 충족될 때 가능하다:

• 세포체 손상이 없을 것
• 신경초 구조가 유지될 것
• 슈반세포가 성장인자, 세포 부착 단백질 등을 제공할 것

슈반세포는 손상 부위 주변에서 신경 성장 인자(NGF), 세포외 기질 단백질, 세포유도 물질 등을 분비하며 축삭 재생을 돕는다. 재생 속도는 하루에 1~3mm 정도이며, 손상 정도에 따라 수개월이 걸릴 수 있다.

 

 2) 중추신경계(CNS)

중추신경계는 재생 능력이 극히 제한적이다. 그 이유는 다음과 같다:

• 희소돌기아교세포(oligodendrocyte)가 축삭의 재생을 억제하는 억제성 단백질을 분비
• 흉터 조직(glial scar)이 형성되어 축삭이 자라날 공간 자체가 차단됨
• 뉴런 간 연결망이 고도로 정교하여, 잘못된 연결이 생길 위험이 큼

이러한 이유로, 뇌나 척수 손상은 현재로서는 완전한 회복이 불가능하며, 대부분 영구적인 기능 손실로 이어진다.

 

 시냅스의 작용과 흥분 전달 방식

 

신경계는 정보를 단순히 전달하는 것이 아니라, 각 뉴런 간의 시냅스(synapse)를 통해 정밀하게 조절하고 선택적으로 자극을 전달한다. 시냅스는 시냅스전 뉴런(presynaptic neuron)의 축삭말단과 시냅스후 뉴런(postsynaptic neuron)의 수상돌기 또는 세포체 사이의 기능적 연결 부위다. 시냅스는 해부학적으로 작은 간극을 가지며, 이 틈을 통해 화학적 또는 전기적 신호가 전달된다.

 

전기적 시냅스 (Electrical Synapse)는 Gap junction(간극 접합)을 통해 직접 이온과 분자가 이동하며 매우 빠르게 전달된다. 동시 반응이 필요한 심장, 장관 근육 등에서 중요한 역할을 하고 신호는 양방향 전달이 가능하다. 이는 콘넥손(connexon)이라는 6개의 단백질 통로로 구성되어 있다.

전기적 시냅스는 실시간으로 반응이 필요한 상황에서 유용하지만, 정보의 선택적 조절이 불가능하다는 단점이 있다. 그래서 대부분의 뉴런 간 연결은 화학적 시냅스 형태를 사용한다.

 

화학적 시냅스 (Chemical Synapse)는 신경계 대부분의 자극은 화학적 시냅스를 통해 전달된다. 

활동전위가 축삭말단에 도달하면 칼슘 채널이 열려 Ca²⁺ 유입된다. 그리고 시냅스소포(synaptic vesicle)가 세포막과 융합하여 신경전달물질을 방출하고 시냅스 간극(synaptic cleft)을 지나 시냅스후 뉴런의 수용체와 결합하여 흥분 또는 억제를 유도한다.

신경전달물질은 자극성 또는 억제성으로 작용하며, 과도한 자극 시 소모되어 피로현상이 발생하기도 한다.

 

주요 신경전달물질의 기능

• 아세틸콜린: 콜린에서 기원되어 말초신경계, 부교감신경에서 흥분 또는 억제한다.
• 도파민은 티로신에서 발생하여 중추신경계에서 보상, 운동 조절을 한다.
• 세로토닌은 트립토판으로부터 발생되어 뇌간, 중추에서 감정조절, 수면을 담당한다.
• GABA는 글루탐산 유도체이고 뇌, 척수에서 억제한다.
• 글루탐산은 아미노산으로부터 생성되어 중추신경계에서 강한 흥분성을 느낀다.
• 엔돌핀은 펩타이드 구성성분이고 중추신경계에서 진통, 쾌감을 담당한다.※ 이외에도 NO(산화질소), CO(일산화탄소), ATP 등도 기체성 신경전달물질로 작용한다.

신경세포의 재생은 단순히 세포가 다시 살아나는 것이 아니라, 정교한 환경 조절과 세포 간 협업에 의해 이루어진다. 말초신경계는 그 구조적 유연성과 지지세포의 도움으로 일정 수준의 재생이 가능하지만, 중추신경계는 매우 제한적인 회복 능력을 가진다. 또한, 자극의 전달은 시냅스라는 정교한 장치를 통해 신속하면서도 선택적으로 이루어지며, 다양한 신경전달물질이 이에 기여한다. 이처럼 신경계는 단순한 연결망이 아닌 고도화된 생체 정보 시스템이라 할 수 있다.