1% 유병률, 자폐증은 오래 전부터 희귀병이 아닙니다

자폐증이 약을 먹고 낫는다면 얼마나 좋을까. 전 세계 자폐증 학부모들의 바람이다.

자기 세계에 살면서 남과 교류하기를 꺼리는 자폐증 환자의 복잡한 정신질환이 발견된 지 80년이 넘도록 과학자들은 치료법을 찾기 위한 노력을 포기하지 않았다. 매년 자폐증의 신규 환자 수가 점차 증가하고 있으며, 엄청난 수의 이환자와 치료할 수 없는 현상으로 인해 자폐증은 과학 연구에서 가장 우려되는 아동 발달 질환이 되었습니다.

자폐증이란 무엇인가?

자폐 스펙트럼 장애(Autistic Spectrum Disorders, ASD)는 뇌 발달의 차이로 인한 광범위한 발달 장애로 비정상적인 언어 능력과 의사소통 능력, 좁은 흥미, 고집스러운 행동 패턴을 포함합니다. ASD에는 이전의 고전적인 자폐증, 아스퍼거 증후군(Asperger syndrome) 및 소아 와해성 정신 장애 등이 포함되며 흔히 말하는 자폐증은 ASD, 즉 광범위한 의미의 자폐증을 의미합니다. ASD의 현재 전 세계 발병률은 약 0.6%-1%이며, 현재 ASD 치료는 주로 대증 치료를 기반으로 하며, 주로 일상 기능과 삶의 질을 방해하는 증상에 초점을 맞추고 있으며, ASD는 모든 사람에게 다른 영향을 미치기 때문에 환자마다 치료 수요가 다르기 때문에 치료 계획은 일반적으로 여러 전문 분야를 포함합니다.

자폐증 연구에서 자폐 스펙트럼 장애가 있는 쥐의 표현형을 검출할 때 행동 특성이 가장 중요한 평가 기준입니다.DSMV에서 자폐증 환자를 식별하는 몇 가지 핵심 특징은 사회적 장애, 반복적인 고정관념 행동, 인지 장애 및 의사소통 장애입니다[1]. 따라서 설치류에서 해당 행동 감지 방법을 설정한 다음 모델이 성공적으로 구축되었는지 여부를 평가할 수 있습니다.

ASD 연구에서는 어떤 동물 행동 평가 지표가 있습니까?

사회적 장애 평가: three-chamber social test

실험 원리: 인간 자폐증의 행동 증상과 유사하게 자폐증 동물 모델은 다양한 사회적 상호 작용 또는 감소된 연관성으로 나타납니다. 설치류의 사회적 행동 장애는 세 상자의 사회적 실험( three-chamber social test)을 사용하여 감지할 수 있습니다. 사교선호도 행위는 낯선 물체를 탐구하는 것보다 동물이 낯선 쥐 (같은 종류의 성별) 를 탐구하는 데 더 많은 시간이 걸린다는 것을 정의한다.

평가 지표: 생쥐와 다른 쪽의 비사교적 대상에 대한 실험쥐의 시간을 측정함으로써 정상적인 측정 된 쥐는 낯선  쥐와 접촉하는 데 시간을 보내는 것을 선호해야합니다. 반면 자폐증 모델 동물은 낯선 생쥐 근처에서 보내는 시간이 적다. 또한 3상자 장치를 사용하여 사회적 선호도 테스트, 즉 익숙하고 낯선 동물을 3상자 양쪽에 배치할 수 있으며 설치류는 새로운 것을 더 원하기 때문에 낯선 동물을 탐색하는 시간을 측정하여 사회적 선호도를 평가할 수 있습니다.

그림1. Three-chamber social test

인지장애 평가: Morris Water maze

실험 원리: 인지 경직은 일반적으로 자폐증 환자의 반복적인 행동과 동반됩니다.Morris 수중 미로 실험을 통해 인지 기능을 평가할 수 있습니다[3].

평가 지표: 설치류가 수중 숨겨진 플랫폼을 찾는 능력은 해마에 의존하는 공간 기억 및 학습 수준을 반영합니다. 동물이 플랫폼을 찾는 데 걸리는 시간과 수영 궤적의 복잡성을 감지하여 자폐 동물 모델의 기억 결함 및 인지 장애를 평가하는 데 사용할 수 있습니다. 인지 기능을 평가하는 데 사용할 수 있는 다른 테스트에는 Y 미로 실험, 새로운 물체 인식 실험 등이 있습니다.

그림 2. water maze, Y maze 와 새로운 물체 인식 실험

반복적인 정형행동 평가: Hairdressing experiment 과 the marble-burying test

실험 원리: 자폐증 환자의 또 다른 주요 진단 기준은 반복적인 판에 박힌 행동을 하는 것이다. 자폐증 생쥐는 자발적 회전, 털 다듬기, 점프 등과 같은 자발적인 반복 행동을 보이는 경우가 많습니다.그 중 반복적인 털 관리 행동은 피부, 모발 및 기타 병리학적 손상을 유발할 수 있습니다.일반적인 행동 테스트에는 Hairdressing experiment 과 the marble-burying test이 포함됩니다. 구슬 실험(the marble-burying test)에서 굴레 안에 쿠션을 깔고, 일정한 간격으로 유리구슬을 매트 위에 놓고, 유리구슬의 3 분의 2 이상이 쿠션으로 덮여 있으면 유리구슬이 쥐에게 매몰된 것으로 여겨진다.

평가 지표: Hairdressing experiment에서 털 정리 행동 지속기간과 구슬 실험(the marble-burying test)에서 동물이 일정 기간 동안 묻힌 유리구슬의 수를 기록하여 동물의 고지식한 행동을 평가할 수 있다.

그림3. The marble-burying test^[5]

통신장애 평가: 비뇨기 페로몬과 초음파 발성

실험 원리: 의사소통 장애는 자폐증의 또 다른 표지입니다^[1].설치류에서는 후각 단서가 가장 중요하며 초음파 및 음파 범위 내에서 발성, 시각적 단서, 미각 및 촉각 방식도 정보 교환 및 사회적 연결에 도움이 될 수 있습니다^[6]. 비뇨기 페로몬 및 초음파 발성과 같은 통신 감지 작업은 일반적으로 마우스에서 후각 및 청각 신호를 평가하고 점수를 매기는 데 사용됩니다.

평가 지표: 쥐가 다른 쥐에게 오줌 페로몬을 남기는 냄새의 수와 후각 단서에 가까운 기간을 계산함으로써 동물의 후각 교류 능력을 평가한다.자폐증 모델 동물에서는 초음파 발성의 현저한 이상을 감지할 수 있습니다.

Anxiety-Like Behaviour의 평가: Elevated Plus Maze 실험과 Open Field Test실험

실험 원리: 대부분의 자폐증 환자도 명백한 불안감을 나타내며 불안 수준을 감지하는 데 일반적으로 사용되는 테스트에는 Elevated Plus Maze 실험 및 Open Field Test실험등이 있습니다.

평가 지표: Elevated Plus Maze 실험의 경우 동물이 열린 팔에 들어가는 잠복기가 길고 열린 팔에 들어가는 시간이 짧은 등의 표현은 Anxiety-Like Behaviour 으로 간주될 수 있습니다.Open Field Test 실험은 동물의 불안과 운동 수준을 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 테스트로, 동물을 상단이 열린 상자에 넣고 오픈 필드 중앙 영역에 위치하는 데 걸린 시간과 총 운동 거리를 감지하여 동물의 불안 수준을 평가합니다.

그림4. Elevated Plus Maze 실험과 Open Field Test실험

신경 약물 연구 개발을 위해 속도를 높이다

Cyagen가 자폐증 생쥐를 개발했으며 연구 개발 수요에 따라 유전자 녹아웃, 유전자 녹인, 점 돌연변이, 인간화 생쥐 모델 및 Rat과 mouse 수술 질병 모델 등 다른 유전자 편집 생쥐 모델을 제작하거나 합작 개발할 수 있다. 동시에 자체 구축된 Rat과 mouse의 신경 행동학 플랫폼의 water maze, Y-maze, Open Field, 새로운 물체 인식 등도 자폐증의 전임상 연구를 효과적으로 지원할 수 있다. 현재 헌팅턴병뿐 아니라 알츠하이머병, ALS 등 신경 퇴행성 질환의 요법 개발은 여전히 미흡한다. 이와 관련하여 Cyagen는 신경퇴행성 질환을 특징으로 하는 신경질환 CRO 서비스 플랫폼을 구축하여 과학 연구자에게 신경질환 모델 구축, 행동분석, 약효평가 분석 등 전 과정 서비스를 제공할 수 있다.

참고 문헌：

1. American Psychiatric Association . Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (DSM-IV) 4th. Washington, DC: American Psychiatric Association; 1994.

2. Crawley J.N. Designing mouse behavioral tasks relevant to autistic-like behaviors. Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev. 2004;10:248–258. doi: 10.1002/mrdd.20039.

3. Hill MN, Hellemans KG, Verma P, Gorzalka BB, Weinberg J. Neurobiology of chronic mild stress: parallels to major depression. Neurosci Biobehav Rev. 2012;36(9):2085-2117. doi:10.1016/j.neubiorev.2012.07.001.  

4. Angoa-Perez M., Kane M.J., Briggs D.I., Francescutti D.M., Kuhn D.M. Marble burying and nestlet shredding as tests of repetitive, compulsive-like behaviors in mice. J. Vis. Exp. 2013:50978. doi: 10.3791/50978.

5. Angoa-Pérez M, Kane MJ, Briggs DI, Francescutti DM, Kuhn DM. Marble burying and nestlet shredding as tests of repetitive, compulsive-like behaviors in mice. J Vis Exp. 2013;(82):50978. Published 2013 Dec 24. doi:10.3791/50978.

6. Hofer MA, Shair HN. Ultrasonic vocalization, laryngeal braking, and thermogenesis in rat pups: a reappraisal. Behav. Neurosci. 1993;107:354–362.

7. Lezak K.R., Missig G., Carlezon W.A., Jr. Behavioral methods to study anxiety in rodents. Dialog. Clin. Neurosci. 2017;19:181–191.

8. Seibenhener M.L., Wooten M.C. Use of the open field maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. J. Vis. Exp. 2015;96:e52434. doi: 10.3791/52434.