뇌유래신경영양인자(腦由來神經榮養因子, 영어: Brain-Derived Neurotrophic Factor, 약칭 BDNF)는 인간의 경우 11번 염색체(11p14.1)에 위치한 BDNF 유전자에 의해 암호화되는 단백질이다. 신경 성장 인자(NGF)와 관련된 뉴로트로핀(neurotrophin) 계열의 성장 인자에 속하며, 이 계열에는 NT-3, NT-4/NT-5도 포함된다.
발견 및 명명. BDNF는 1982년 독일의 신경생물학자 Yves-Alain Barde와 Hans Thoenen에 의해 돼지 뇌에서 처음 분리·정제되었으며, 뇌 조직에서 유래되었다는 점에서 '뇌유래신경영양인자'라는 명칭이 붙었다. 이후 1989년 인간 BDNF 유전자가 클로닝되었다.
구조와 생합성. BDNF는 먼저 전구체 형태인 proBDNF로 합성된 후, 세포 내 또는 세포 외에서 단백질 분해 효소에 의해 절단되어 성숙형(mature BDNF, mBDNF)이 된다. proBDNF와 mBDNF는 각각 다른 수용체에 결합하여 상반된 생물학적 효과를 나타낸다. proBDNF는 p75NTR(p75 신경영양인자 수용체)에 높은 친화력으로 결합하며, 신경세포 사멸, 시냅스 약화(장기억압, LTD)를 유도한다. 반면 mBDNF는 TrkB(트로포미오신 수용체 키나제 B)에 결합하여 신경세포의 생존, 성장, 분화, 시냅스 강화(장기강화, LTP)를 촉진한다.
생물학적 기능. BDNF는 중추신경계, 특히 해마(hippocampus), 대뇌 피질, 편도체, 선조체 등에서 풍부하게 발현된다. 주요 기능은 다음과 같다.
- 신경세포 생존 및 성장: 신경세포의 생존을 유지하고, 축삭과 수상돌기의 성장을 촉진한다.
- 시냅스 가소성: 해마와 피질에서 장기강화(LTP)에 필수적이며, 이는 학습과 기억 형성의 핵심 분자 기전으로 간주된다.
- 신경 발생: 성체 뇌의 해마 치아이랑(dentate gyrus)에서 새로운 신경세포의 생성(신경발생, neurogenesis)을 조절한다.
- 신경 보호: 허혈, 저산소증, 신경독성 물질 등에 의한 신경세포 손상에 대해 보호 효과를 나타낸다.
임상적 연관성. BDNF의 발현 이상은 여러 신경정신 질환과 연관되어 있다. 우울증 환자의 뇌에서 BDNF 수준이 감소되어 있다는 연구 결과가 있으며, 항우울제 치료가 BDNF 발현을 증가시킨다는 보고가 있다. 또한 알츠하이머병, 파킨슨병, 헌팅턴병, 조현병, 양극성 장애 등 다양한 신경계 질환에서 BDNF 신호 전달 경로의 이상이 관찰된다. BDNF 유전자의 Val66Met 다형성(단일염기다형성)은 BDNF의 분비와 기능에 영향을 미치며, 기억력, 인지 기능, 불안 및 우울증 취약성과 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다.
외부 요인과의 관계. 운동(특히 유산소 운동)은 해마에서 BDNF 발현을 증가시키는 것으로 알려져 있으며, 이는 운동이 인지 기능 향상에 기여하는 기전 중 하나로 제시된다. 간헐적 단식, 칼로리 제한, 오메가-3 지방산 섭취 등도 BDNF 발현을 촉진할 수 있다는 연구가 있다. 반면 만성 스트레스는 BDNF 발현을 감소시키는 것으로 보고된다.
요약. BDNF는 신경계의 발달, 유지, 가소성에 핵심적인 역할을 하는 단백질로서, 신경과학 및 정신의학 분야에서 가장 활발히 연구되는 분자 중 하나이다.
