장이 뇌에 명령…고기 못 먹으면 더 당기는 이유 찾았다

두 가지 경로로 작동하는 ‘장-뇌 축’
장, 단백질 부족시 고기부터 먹게해

게티이미지뱅크

장(腸)과 뇌(腦)는 서로 신호를 주고받는데, 이 연결 체계를 ‘장-뇌 축’(gut-brain axis)이라 한다. 최근 국내 연구진이 이 장-뇌 축이 어떤 방식으로 작동하는지 그 작동 원리를 밝혔다.

과학기술정보통신부는 22일 “기초과학연구원 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장이 서울대·이화여대 공동 연구진과 함께 몸속 단백질 부족 신호를 감지한 장이 뇌의 신경회로를 바꿔 필수 아미노산을 선택해 먼저 섭취하게 만드는 장-뇌 축 작동 원리를 규명했다”고 밝혔다. 이 연구결과는 국제저널 ‘사이언스’에 게재됐다.

장은 우리 몸에서 뇌 다음으로 많은 신경세포를 지니고 있으며, 몸속 영양 상태와 음식 성분, 미생물, 병원균 등 다양한 정보를 감지하고 장 분비 호르몬을 통해 대사를 조절할 수 있다. ‘제2의 뇌’라 불리는 이유다. 다만 장과 뇌가 서로 정보를 주고받는 구체적인 과정이나 작동 원리 등은 명확히 밝혀지지 않았다. 연구진은 앞선 2021년 초파리가 단백질 결핍 상태가 되면 장에서 ‘CNMa’라는 호르몬을 분비되며 단백질 음식을 선호하게 된다는 사실을 밝힌 바 있다.

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연구진은 이번 연구에서 그 작동 원리를 구체적으로 밝혔는데, 무엇보다 장-뇌 축이 하나의 경로가 아니라 서로 시차를 두고 다르게 작동하는 두 가지 경로로 이뤄진 시스템이라는 것을 알아냈다. 두 가지 경로는 각각 ‘빠른 신경 회로’와 ‘느린 호르몬 경로’다. 초파리의 장 상피세포가 단백질 부족 신호를 감지하면, 먼저 장 상피세포에서 분비된 CNMa 펩타이드 호르몬의 분비가 증가한다. 이렇게 증가한 CNMa로 활성화된 특정 장신경은 뇌의 관련 뉴런(EB R3m)으로 신호를 빠르게 전달해 즉각적인 필수 아미노산 섭취를 유도한다. ‘빠른 신경 회로’다. 이 장신경은 장 상피세포에서 CNMa가 더 많이 만들어지도록 돕기도 한다.

한편 장에서 분비된 CNMa는 호르몬으로서 순환계를 타고 느리게 뇌에 도달해, 필수 아미노산 섭취를 유도하는 뉴런(EB R3m)을 직접 활성화한다. 탄수화물 섭취와 관련된 뉴런(Dh44)의 활성화는 억제한다. 이것은 ‘느린 호르몬 경로’다. 연구진은 “장-뇌 축은 빠른 신경 반응과 느린 호르몬 반응을 함께 활용해, 부족한 영양소를 우선 섭취하도록 행동을 조절한다”고 밝혔다.

연구진은 필수 아미노산을 섭식하도록 하는 이런 체계를 초파리뿐 아니라 생쥐(포유류)에서도 확인했다고 밝혔다. 서상배 연구단장은 “이번 연구는 장-뇌의 영양소 선택 원리를 밝힌 것으로, 앞으로 비만, 대사 질환, 식이 행동 장애 치료 연구에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

최원형 기자 circle@hani.co.kr