SuppleFact - NMDA 수용체와 글리신: 수면 과학의 비밀

The sleep-promoting and hypothermic effects of glycine are mediated by NMDA receptors in the suprachiasmatic nucleus (2015)

https://doi.org/10.1038/npp.2014.326

글리신은 비필수 아미노산으로, 신경전달물질 역할을 한다. 글리신은 뇌와 척수에서 억제성 신경전달물질로 작용하며, 동시에 N-메틸-D-아스파르트산(NMDA) 수용체의 조절자로서 흥분성 기능도 수행한다. 이전 연구에서는 글리신 섭취가 수면의 질을 향상시키고, 낮은 용량(3g)으로도 주관적으로 졸음과 피로를 줄인다는 결과를 보였다. 그러나, 글리신이 어떻게 수면을 촉진하고 체온을 낮추는지 구체적인 메커니즘은 잘 알려지지 않았다. 본 연구는 글리신의 수면 촉진 및 체온 저하 효과를 분석하고, 시교차상핵(SCN)의 NMDA 수용체가 이러한 작용에 관여하는지를 탐구했다.

실험 설계 및 방법

1) 동물 모델 및 글리신 투여

실험 대상: Sprague-Dawley 쥐와 Wistar 쥐
실험 환경: 12시간 빛-어둠 주기(일주기 리듬 유지), 스트레스를 유발하기 위해 새 케이지로 이동
글리신 투여
- 경구 투여(2g/kg) 또는 뇌실 내 주사(ICV 방식)
- 글리신 투여 후 체온, 수면 상태, 피부 혈류량 등을 6시간 동안 측정

2) 시교차상핵(SCN) 손상 및 분석

시교차상핵(SCN)을 손상한 쥐와 정상 쥐를 비교하여 글리신의 효과 분석
손상된 쥐에서는 글리신의 체온 저하와 수면 효과가 나타나는지 확인

3) c-Fos 단백질 면역화학 염색

글리신 투여 후, 뇌의 특정 부위(SCN, MPO 등)에서 활성화된 뉴런의 수를 c-Fos 발현으로 측정
글리신이 어떤 부위를 자극해 효과를 유도하는지 평가

4) 혈류 측정

Laser-Doppler 이미징 기법으로 쥐의 발바닥 피부 혈류량을 측정하여 글리신 투여에 따른 혈관 확장 효과 분석

연구 결과

1) 수면 촉진 효과

글리신 투여 후, NREM 수면 증가
- 글리신을 투여한 쥐는 비급속안구운동(NREM) 수면 시간이 증가하고, 수면 시작 시간이 크게 단축되었다.
- 글리신을 투여한 첫 90분 동안, 깨어 있는 시간이 줄어들었고, NREM 수면 에피소드와 지속 시간이 유의미하게 증가했다.

2) 체온 저하 효과

글리신 투여 후, 쥐의 중심 체온(core temperature)이 약 90분 동안 감소했다.
이 체온 감소는 말초 혈관 확장으로 인해 열 발산이 증가했기 때문이었다.

3) 피부 혈류량 증가

글리신 투여 후, 발바닥 피부 혈류량이 용량 의존적으로 증가했다.
이는 말초 혈관 확장이 체온 조절의 주요 기전임을 시사한다.

4) NMDA 수용체와의 관계

글리신의 체온 저하와 혈관 확장 효과는 NMDA 수용체 길항제(AP5 또는 CGP78608)에 의해 억제되었다.
반대로, 글리신 수용체 길항제(스트리키닌)는 이러한 효과를 억제하지 못했다. 이는 글리신이 NMDA 수용체를 통해 작용함을 의미한다.

5) 시교차상핵(SCN)의 역할

글리신을 SCN에 직접 주입했을 때, 피부 혈류량이 증가하고 체온이 낮아졌다.
반대로, SCN을 제거한 쥐에서는 글리신의 수면 촉진 및 체온 저하 효과가 사라졌다.
c-Fos 분석 결과, 글리신 투여는 SCN 내 특정 뉴런을 활성화하는 것으로 나타났다.

글리신의 신경 메커니즘

1) NMDA 수용체를 통한 체온 및 수면 조절

글리신은 NMDA 수용체를 활성화하여 말초 혈관을 확장시키고 열 발산을 촉진해 체온을 낮춘다.
체온 감소는 수면 촉진과 밀접히 연관되며, NREM 수면의 시작 시간을 단축시킨다.

2) 시교차상핵(SCN)의 핵심 역할

시교차상핵은 일주기 리듬 조절의 중심으로, 글리신의 수면 촉진 효과에 핵심적인 역할을 한다.
글리신이 SCN 뉴런을 활성화함으로써 체온 조절과 수면 촉진을 조율한다.

3) 글리신과 뇌의 혈류 조절

글리신 투여는 SCN 외에도 뇌의 다양한 부위(MPO 등)에 영향을 미쳤으나, SCN이 가장 중요한 조절 부위로 확인되었다.

SCN 손상이 글리신 효과에 미치는 영향

(a) 체온 조절과 SCN 손상

정상 쥐(Sham): 일정한 일주기 리듬에 따라 체온이 조절됨
SCN 손상 쥐(SCNx): 시교차상핵이 손상되면서 체온의 일주기 리듬이 사라지고, 일정하지 않은 패턴을 보임

(b) 글리신 투여 후 체온 변화

정상 쥐: 글리신을 투여하면 체온이 유의미하게 감소. 이는 글리신이 말초 혈관을 확장하여 체온을 낮추는 효과를 보여줌
SCN 손상 쥐: 글리신을 투여해도 체온 감소 효과가 나타나지 않음. 이는 시교차상핵이 글리신 효과의 핵심 조절 역할을 한다는 것을 의미

(c~f) 수면 변화

정상 쥐: 글리신 투여 후 NREM 수면이 증가하고, 수면 잠복기가 단축됨
SCN 손상 쥐: 글리신 투여 후에도 NREM 수면 증가와 수면 잠복기 단축 효과가 나타나지 않음

핵심 포인트

시교차상핵의 역할 강조
글리신의 수면 촉진과 체온 저하 효과는 시교차상핵(SCN)이 핵심 역할을 담당함을 보여줌. SCN은 일주기 리듬과 체온 조절을 담당하는 뇌의 중요한 부위로, 이 부위가 손상되면 글리신이 효과를 발휘하지 못함
글리신의 두 가지 주요 효과
- 체온 저하: 말초 혈관 확장을 통해 열 발산을 증가시켜 체온을 낮춤
- 수면 촉진: NREM 수면 시간을 증가시키고, 수면 잠복기를 단축함
SCN 손상 시 결과
글리신은 시교차상핵을 활성화해 이러한 효과를 발휘하므로, SCN이 손상되면 체온 저하와 수면 촉진 효과가 나타나지 않음. 이는 글리신이 SCN의 NMDA 수용체를 통해 작용한다는 것을 뒷받침함

연구 결론

글리신은 수면의 질을 향상시키고 체온을 낮추는 아미노산으로, 특히 시교차상핵(SCN)의 NMDA 수용체를 통해 작용한다. 이를 통해 스트레스성 불면증, 수면 부족, 그리고 체온 조절 이상에 효과적인 보조 요법으로 활용 가능성이 크다. 글리신은 안전한 아미노산으로 일상적인 수면 개선과 피로 회복에 도움을 줄 수 있다.

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