Oral administration of glycine increases extracellular serotonin but not dopamine in the prefrontal cortex of rats (2011)

https://doi.org/10.1111/j.1440-1819.2010.02181.x

 

글리신은 뇌에서 억제성 신경전달물질로 알려져 있지만, 특정 조건에서는 NMDA 수용체의 보조작용제로 작용해 흥분성 역할을 한다. 이 연구는 글리신의 경구 투여가 뇌전두엽의 세로토닌(5-HT) 및 도파민 농도에 미치는 영향을 쥐를 대상으로 조사했다. 글리신의 이런 작용은 수면 질 개선이나 조현병의 음성 증상 완화와 관련이 있을 것으로 가정되었다.

 

연구 방법

1. 실험 대상

   • Wistar 수컷 쥐 73마리 (체중 300–500g)
   • 쥐들은 개별 케이지에 배치되었고, 온도(23℃)와 습도(60%)가 일정하게 유지되는 환경에서 12시간 주야 리듬을 적용했다.

2. 수술 및 프로브 삽입

   • 쥐를 마취한 후 뇌전두엽(PFC)에 미세투석 프로브를 삽입해 세로토닌과 도파민 농도를 실시간으로 측정했다.

3. 투여 물질 및 용량

   • 글리신(1g/kg, 2g/kg)
   • 비교군: D-세린(2g/kg), L-세린(2g/kg), 그리고 대조군(생리식염수)
   • 모든 물질은 경구 투여되었고, 투여 전 60분과 투여 후 180분 동안 데이터를 수집했다.

4. 측정 방식

   • 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 통해 세로토닌(5-HT)과 도파민 농도를 분석했다.

5. 추가 분석

   • 뇌척수액(CSF)에서 글리신 농도를 투여 후 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 24시간 간격으로 측정했다.

 

연구 결과

1. 세로토닌(5-HT) 농도 변화

• 글리신 투여군
  • 1g/kg: 투여 직후 세로토닌 농도가 10분간 일시적으로 증가했다.
  • 2g/kg: 투여 후 20–30분 동안 세로토닌 농도가 유의미하게 상승했다.
• D-세린 투여군: 세로토닌 농도가 더 오랜 시간 동안 상승했다. 이는 D-세린이 NMDA 수용체의 글리신 결합 부위에 더 강력하게 작용한 결과로 해석되었다.
• L-세린 투여군: 세로토닌 농도에 변화가 없었다.

2. 도파민 농도 변화

• 글리신과 D-세린
  • 도파민 농도에 유의미한 변화는 없었다.
• 연구팀은 글리신 농도가 NMDA 수용체에 미치는 영향을 분석했을 때, 도파민 농도를 증가시키기에는 한계가 있다고 결론지었다.

3. 뇌척수액(CSF) 내 글리신 농도 변화

• 글리신 투여 후 30분에 최대 농도(52.7μM)에 도달했고, 이후 시간이 지나면서 점진적으로 감소했다.
• 이 농도는 NMDA 수용체에 작용하기에 충분했으나, 글리신 수용체를 활성화할 정도에는 미치지 못했다.

 

연구 결과 해석

1. 글리신과 NMDA 수용체의 상관관계

   • 글리신은 NMDA 수용체의 보조 작용제로서 작용해 세로토닌 방출을 촉진했다.
   • 세로토닌의 일시적 상승은 NMDA 수용체의 활성화로 인해 나타난 결과로 해석된다.
   • D-세린은 글리신보다 NMDA 수용체에 더 강력하게 작용했기 때문에 세로토닌 상승 효과가 더 길게 유지되었다.

2. 도파민 농도 변화의 부재

   • 글리신 농도가 도파민 수치를 증가시킬 만큼 충분히 강하지 않았다.
   • NMDA 수용체는 세로토닌 조절에는 기여하지만 도파민에는 큰 영향을 미치지 않는다는 결과를 시사했다.

3. 글리신의 세로토닌 증가와 수면 질 개선

   • 세로토닌은 수면-각성 사이클과 밀접한 관련이 있다.
   • 글리신 투여 후 세로토닌이 일시적으로 상승하는 현상은 수면 질 개선과 연관될 수 있다.

4. 조현병의 음성 증상 완화

   • 조현병의 음성 증상은 전두엽 세로토닌 기능 저하와 관련이 있다.
   • 글리신은 NMDA 수용체를 활성화해 세로토닌 기능을 보완하고 음성 증상을 완화할 가능성을 시사한다.

 

 

글리신 투여 후 뇌전두엽의 세로토닌과 도파민 농도 변화

그래프 구성

• X축: 시간 (분 단위, 글리신 투여 전 0분부터 투여 후 180분까지)
• Y축: 세로토닌 또는 도파민 농도의 변화율 (투여 전 농도를 100% 기준으로 함)
• 데이터 포인트: 각 시간대의 평균 값 ± 표준 오차 (SEM)
• 투여군
  • 대조군 (생리식염수)
  • 1g/kg 글리신 투여군 (회색 원)
  • 2g/kg 글리신 투여군 (검은 원)

세로토닌(5-HT) 농도 변화 (A, B)

1. A 그래프 (1g/kg 글리신 투여군)

   • 글리신 1g/kg를 투여한 후 10분 동안 세로토닌 수치가 유의미하게 증가했다.
   • 이후 세로토닌 농도는 다시 대조군 수준으로 돌아갔다.

2. B 그래프 (2g/kg 글리신 투여군)

   • 글리신 2g/kg를 투여한 후 20–30분 동안 세로토닌 수치가 더 길게 증가했다.
   • 2g/kg 용량은 1g/kg보다 세로토닌 농도를 더 오래 상승시키는 효과를 보였다.

• 1g/kg 글리신: 단기적으로 세로토닌 농도를 증가시킴 (10분 유지)
• 2g/kg 글리신: 더 높은 용량으로 투여하면 효과가 더 지속됨 (20–30분 유지)

도파민 농도 변화 (C)

• 대조군, 1g/kg 글리신, 2g/kg 글리신 모두 도파민 농도에 유의미한 변화가 없었다.
• 도파민 수치는 글리신 투여 전후로 일정하게 유지되었다.

• 글리신은 뇌전두엽에서 세로토닌 수치만 증가시킬 뿐, 도파민에는 영향을 미치지 않았다.

 

연구 결론

글리신 섭취는 NMDA 수용체를 활성화해 뇌전두엽의 세로토닌 농도를 일시적으로 증가시키는 효과가 있었다. 특히 더 높은 용량(2g/kg)에서는 세로토닌 상승 효과가 더 오래 지속되었다. 반면 도파민 농도에는 영향을 미치지 않아, 글리신의 작용이 세로토닌에 국한된 것으로 보인다. 이는 글리신이 수면 개선과 정신 건강 증진에 중요한 역할을 할 수 있다는 가능성을 시사한다.

 

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