통증은 단순히 육체적 감각이 아니라 감정적 무게를 동반한다. 괴로움, 불안은 잠깐의 부상을 장기적인 고통으로 바꿀 수 있다. 솔크 연구소의 연구자들은 신체적 고통에 감정적 분위기를 부여하는 뇌 회로를 발견해 섬유근육통, 편두통, 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 같은 만성 및 정서적 통증 질환을 치료할 수 있는 새로운 잠재적 표적을 찾아냈다.

2025년 7월 9일 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences )에 발표된 이 연구는 시상(thalamus)이라는 뇌 중추 영역에서 생쥐의 통증의 감정적 또는 정서적 측면을 매개하는 것으로 보이는 뉴런 집단을 발견했다. 이 새로운 경로는 통증이 뇌와 신체에서 어떻게 처리되는지에 대한 기존의 기존 이해에 도전장을 던진다.

“수십 년 동안 뇌가 통증의 감각적 측면과 정서적 측면을 별도의 경로를 통해 처리한다는 것이 지배적인 견해였습니다. 하지만 감각적 통증 경로가 통증의 정서적 측면에도 영향을 미치는지에 대한 논쟁이 있었습니다. 이번 연구는 감각적 통증 경로의 한 부분이 통증의 정서적 경험을 직접적으로 매개한다는 강력한 증거를 제시합니다.”라고 솔크 연구소의 선구자 기금 개발 석좌교수이자 부교수인 성 한(Sung Han)의 선임 저자는 말한다.

통증이라는 신체적 감각은 통증을 즉시 감지하고, 그 강도를 평가하고, 그 원인을 파악할 수 있게 해준다. 통증의 정서적인 부분은 통증을 매우 불쾌하게 만든다. 이러한 정서적 불편함은 행동을 취하도록 동기를 부여하고, 부정적인 감정을 상황과 연관시켜 미래에 그러한 상황을 피할 수 있도록 도와준다.

이는 중요한 구분이다. 대부분 사람은 같은 자극 강도에서 통증을 인지하기 시작하는데, 이는 우리가 모두 통증의 감각적 측면을 상당히 유사하게 처리한다는 것을 의미한다. 반면, 통증을 견디는 능력은 매우 다양하다. 통증에 얼마나 고통받거나 위협을 느끼는지는 정서 처리 과정에 의해 결정되며, 정서 처리가 너무 민감해지거나 너무 오래 지속되면 통증 장애로 이어질 수 있다. 따라서 뇌의 어떤 부분이 통증의 다양한 측면을 조절하는지 이해하는 것이 중요하다.

감각 통증은 척수에서 시상으로 통증 신호를 보내고, 시상은 이 신호를 뇌의 감각 처리 영역으로 전달하는 경로인 척추시상로를 통해 전달된다고 여겨졌다. 정서적 통증은 일반적으로 척수에서 뇌간으로 통증 정보를 보내는 척추주변신경로라는 두 번째 경로를 통해 매개된다고 생각되었다. 그러나 이전 연구 방법론을 사용한 이전 연구들은 통증의 회로가 더 복잡할 수 있음을 시사했다. 이러한 오랜 논쟁은 한 교수와 그의 팀이 현대 연구 도구를 활용하여 이 문제를 재검토하는 계기가 되었다.

연구진은 특정 뇌세포의 활동을 조절하는 첨단 기술을 사용하여 생쥐에서 새로운 척추시상 경로를 발견했다. 이 회로에서 통증 신호는 척수에서 시상의 다른 부분으로 전달되는데, 이 시상은 뇌의 감정 처리 중추인 편도체와 연결되어 있다. 시상의 이 특정 뉴런 집단은 솔크 대학교의 로널드 에반스 교수 연구실에서 처음 발견된 신경펩타이드인 CGRP(칼시토닌 유전자 관련 펩타이드)의 발현을 통해 확인할 수 있다.

연구진이 이 CGRP 뉴런을 "끄자"(유전적으로 침묵시켰을 때)에도 생쥐는 열이나 압력과 같은 가벼운 통증 자극에 여전히 반응하여 감각 처리가 온전함을 보여주었다. 그러나 생쥐는 이러한 상황과 지속적인 부정적 감정을 연관시키지 않는 것으로 보였으며, 향후 실험에서 학습된 공포나 회피 행동은 나타나지 않았다. 반면, 동일한 뉴런을 "켜자"(광유전학적으로 활성화했을 때) 생쥐는 명확한 고통 신호를 보였고, 통증 자극이 전혀 주어지지 않았음에도 불구하고 해당 부위를 피하는 법을 학습했다.

“통증 처리는 단순히 신경이 통증을 감지하는 것이 아니라, 뇌가 그 통증이 얼마나 중요한지 결정하는 과정입니다. 이 두 가지 뚜렷한 과정의 생물학적 원리를 이해하면 기존 약물에 반응하지 않는 통증 유형에 대한 치료법을 찾는 데 도움이 될 것입니다.”라고 한 교수 연구실의 선임 연구원인 제1 저자 강석재가 말했다.

섬유근육통이나 편두통과 같은 만성 통증 질환은 대개 명확한 신체적 원인 또는 손상 없이 길고 강렬하며 불쾌한 통증을 경험하게 된다. 일부 환자는 빛, 소리, 촉각과 같은 일반적인 자극에 극도로 민감하게 반응하는 때도 있는데, 다른 사람들은 이를 통증으로 여기지 않는다.

한 박사는 CGRP 척수시상 경로의 과활성화가 뇌가 감각 입력을 잘못 해석하거나 과잉 반응하게 만들어 이러한 질환의 원인이 될 수 있다고 말한다. 실제로 CGRP 뉴런의 전사체 분석 결과, 편두통 및 기타 통증 질환과 관련된 많은 유전자가 발현되는 것으로 나타났다. 특히, 여러 CGRP 차단제가 이미 편두통 치료에 사용되고 있다. 이 연구는 이러한 약물의 효과를 설명하고, 정동성 통증 장애에 대한 새로운 비중독 치료법 개발에 영감을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

한 박사는 외상 후 스트레스 장애(PTSD)처럼 위협 인식이 고조되는 정신 질환에도 잠재적인 연관성이 있다고 보고 있다. 그의 연구실에서 밝혀진 증거는 CGRP 정동 통증 경로가 뇌의 광범위한 경보 시스템의 일부로 작용하여 통증뿐만 아니라 다양한 불쾌한 감각을 감지하고 반응한다는 것을 시사한다. CGRP 차단제를 사용하여 이 경로를 억제하는 것은 외상 관련 장애에서 나타나는 두려움, 회피, 그리고 과각성을 완화하는 새로운 접근법을 제시할 수 있다. 중요한 점은 CGRP 경로와 슬픔, 외로움, 상심과 같은 사회적 경험과 관련된 심리적 고통 사이의 관계가 아직 불분명하며 추가 연구가 필요하다는 것이다.

“CGRP 정동 통증 경로의 발견은 신체적 통증을 감지하는 것과 실제로 고통을 겪는 것의 차이에 대한 분자 및 회로 수준의 설명을 제공합니다. 이 경로를 계속 탐구하고 이러한 고통을 줄일 수 있는 미래의 치료법을 개발할 수 있게 되어 기쁩니다.”라고 한 박사는 말한다.

다른 저자로는 류시지아, 김종현, 김동일, 오태규, 펭 지아항, 마오 예, 리 쿠오펜, 로널드 M. 에반스, 그리고 솔크 대학의 마틴 굴딩이 있다.

이 연구는 미국 국립 정신 건강 연구소(BRAINS 보조금 1R01MH116203)와 사이먼스 재단(Bridge to Independence 보조금 SFARI #388708)의 지원을 받았다.

참조:
Sukjae J. Kang, Shijia Liu, Jong-Hyun Kim, Dong-Il Kim, Tae Gyu Oh, Jiahang Peng, Mao Ye, Kuo-Fen Lee, Ronald M. Evans, Martyn Goulding, Sung Han. Thalamic CGRP neurons define a spinothalamic pathway for affective pain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (28) DOI: 10.1073/pnas.2505889122