세로토닌이 수면에 미치는 영향

[요약]미국 캘리포니아공과대학 연구진에 따르면 뇌에서 분비되는 세로토닌이 수면을 촉진시키는 영향을 하는 것으로 나타났다. 연구진은 이번 연구결과가 세로토닌 분비와 관련이 있는 치료제에서 발견되는 부작용을 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다.(2019.07)

    세로토닌은 기억과 인지력, 감정, 행복감과 다른 감정 등에 영향을 미치며 뇌 전체에서 발견되는 다목적의 분자다. 특히 과학자들은 세로토닌이 수면에서의 역할에 대해 논쟁해왔다. 세로토닌은 수면을 촉진시키는가, 아니면 그 반대로 각성을 촉진시키는가.

미국 캘리포니아공과대학(칼텍) 연구진이 제브라피쉬와 쥐를 이용한 실험에서 세로토닌이 수면을 위해 반드시 필요하다는 것을 확인했다. 연구결과는 국제학술지 ‘뉴런’ 지난 6월 24일자에 게재됐다. 이번 연구는 칼텍의 데이비드 프로버 생물학과 교수 등이 참여했다.

이전에 세로토닌과 수면에 대한 연구는 상반된 결과를 낳았다. 어떤 연구에서는 세로토닌이 수면을 촉진했는데 또다른 연구에서는 세로토닌 생성 뉴런이 깨어있을 때 활발하게 작동하는 화학물질을 방출한다는 결과가 나왔다. 이같은 논쟁을 해결하기 위해 칼텍 연구진은 뇌의 ‘솔기핵(raphe nuclei)’이라 불리는 지점에 집중했다. 이 곳은 세로토닌이 주로 생성되는 곳이다. 솔기핵은 물고기에서 인간에 이르는 광범위한 유기체의 뇌간에서 발견되는 구조물인데, 솔기핵은 세로토닌은 만들거나 뇌의 다른 지역으로 보내는 역할을 담당하고 있다.

프로버 연구실의 박사후연구원인 그리고리우스 오이코노무는 잠을 연구할 때 가장 많이 쓰이는 속이 투명한 제브라 피쉬를 연구했다. 인간과 비슷하게 제브라피쉬는 주행성이며 이들은 대부분 밤에 잠을 잔다. 먼저 연구진은 유전적으로 조작해 제브라피쉬의 솔기핵에서 세로토닌이 분비되지 않도록 했다. 이 돌연변이 물고기는 일반 물고기와 비교했을 때 잠을 절반만 잤다. 또다른 실험에서 연구진은 솔기핵을 제거했는데 역시 일반 물고기보다 잠을 덜 자는 것으로 나타났다. “이는 물고기들에게 있어서 정상적인 수면을 위해서는 솔기핵에서 생성되는 세로토닌이 필요함을 뜻한다.” 오이코노무가 말했다.

세번째 실험에서 제브라피쉬의 솔기핵은 빛을 받았을 때 과잉 활성화되도록 조작됐다. 이 물고기에게 빛을 비춰주면 잠을 잔다는 것을 뜻한다. 이 효과는 세로토닌을 필요로 하는데 왜냐하면 물고기의 솔기핵이 활성화되도(세로토닌을 합성하지 못하는 제브라 피쉬) 수면에는 아무련 영향을 미치지 않기 때문이다.

이후 프로버 연구실 연구진은 그라디나루 실험실과 협업을 통해 쥐의 세로토닌을 연구했다. 대학원생 마이클 알터매트가 이끈 실험에서 연구진은 세로토닌 신경세포를 조사한 결과 이전 연구와 마찬가지로 동물들이 깨어있는 동안 실제로 활동성이 떨어지는 것을 확인했다. “여기에는 역설적인 것이 있다. 뉴런을 자극하면 동물은 잠이 드는데, 그럼에도 불구하고 뉴런은 낮에 활동한다.” 알터매트가 말했다.

오키오노무는 설명했다. “잠을 조절하는 두가지 요인이 있다. 하나는 생체시계다. 낮동안 빛이 나면 몸은 깨어있고 어두워지면 우리 몸은 잠을 자야 하는 것을 안다. 또다른 요인은 항상성 수면 압력이라는 것이다. 아침에 네가 일어날 때 당신은 막 휴식을 취한 만큼 활기차다. 시간이 지날수록 당신은 피곤하고 졸렵다. 따라서 잠에 대한 압력이 거세진다. 밤에 잠을 자지 않으면 잠에 대한 압력은 더욱 커진다. 그리고 당신은 다음날 밖에 빛이 있다 하더라도 피곤해진다.”

연구진은 솔기핵에서 뉴런이 발화하고 세로토닌을 방출하는 것은 뇌가 수면 압력을 증가시키는 것이라고 이론화했다. 실제로 연구진은 세로토닌이 부족한 제브라피쉬와 쥐 모두 수면 압력이 줄어든 것을 발견했다. 이번 연구는 동물을 대상으로 했지만 솔기핵 지역과 세로토닌 생산은 인간과 상당히 유사하다. 연구진은 이번 연구가 세로토닌 수치가 증가되면서 나타나는 항우울제 수면 부작용을 설명할 수 있을 것으로 기대하고 있다.