몸 속 영양 결핍 해소, 장-뇌에 달려… 단백질 부족 시 섭식행동 유도
장이 단백질 부족 신호 감지 후 뇌 신겨에 전달 섭취 유도
비만·대사질환 치료·연구 새 전략 제시… 사이언스에 게재
장(腸)과 뇌가 신경, 호르몬 등의 정보를 서로 주고 받으며 부족한 영양소를 우선적으로 섭취하도록 행동을 조절하는 원리가 밝혀졌다.
앞으로 비만·대사질환, 영양 불균형 등을 해소하기 위한 새로운 연구·치료 가능성을 제시하는 중요한 과학적 근거로 쓰일 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부는 서성배(사진) 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단장 연구팀이 서울대·이화여대 연구팀과 공동으로 몸 속 단백질 부족 신호를 감지한 장이 뇌에 신호를 보내 단백질 결핍을 해소하는 필수아미노산을 선택적으로 섭취하게 하는 '장-뇌 축 작동 원리'를 규명했다고 22일 밝혔다.
연구결과는 이날 국제 학술지 '사이언스' 온라인에 실렸다.
장-뇌 축은 장과 뇌가 신경, 호르몬, 면역 신호 등을 통해 서로 정보를 주고받는 생리적 연결 체계를 뜻한다.
장은 단순 소화기관을 넘어 몸속 영양 상태와 음식 성분, 미생물, 병원균 등 다양한 정보를 감지하고, 장 분비 호르몬을 통해 혈당, 식욕, 면역 등 전신 대사를 조절해 '제2의 뇌'로 불린다.
하지만 장에서 만들어진 신호가 어떤 신경과 호르몬 경로를 거쳐 뇌에 전달되고, 특정 영양소를 선택적으로 섭취하는 행동으로 이어지는지는 거의 알려져 있지 않았다.
연구팀은 2021년 선행 연구를 통해 단백질 결핍 상태의 초파리가 장에서 'CNMa'라는 펩타이드 호르몬을 분비해 단백질 음식을 선호한다는 연구결과를 국제 학술지 '네이처'에 발표한 바 있다.
CNMa는 단백질 결핍 상황에서 필수아미노산 섭취 행동을 조절하는 신호 물질이다.
이번 연구에서 연구팀은 CNMa 호르몬 신호가 뇌로 전달되는 경로, 새로운 신경 회로와 역할, 영양소 선택 원리 등 장-뇌 간 섭식 행동 조절 원리와 과정을 밝혀냈다.
우선 연구팀은 CNMa 호르몬이 빠르게 작동하는 장 신경 경로와 지속적으로 작동하는 호르몬 경로라는 두 축을 통해 뇌에 도달한다는 사실을 확인했다.
장 상피세포가 단백질 부족 신호를 감지하면 장-뇌 신경 경로를 통해 빠르게 뇌에 신호를 보내 즉각 필수아미노산 섭취를 유도한다. 이어 분비된 CNMa 호르몬은 순환계를 타고 느리게 뇌에 도달해 단백질 선호 행동을 유지하도록 돕는다.
즉 빠른 장 신경 경로와 느린 호르몬 경로가 서로 영양 결핍 상황에 정밀 대응함을 새롭게 규명한 결과다.
연구팀은 장 유래 CNMa 신호가 뇌에서 필수아미노산 섭취를 촉진함과 동시에 탄수화물 섭취를 활성화하는 뉴런 활성을 억제한다는 사실도 밝혀냈다. 장과 뇌가 몸 균형을 위해 선택적 섭식 행동을 조절하는 메커니즘을 입증한 것이다.
연구팀은 이런 필수아미노산 선택 행동이 포유류(생쥐)에서도 똑같이 나타남을 확인했다. 기존 단백질 결핍 반응의 핵심 호르몬으로 알려진 '간 유래 호르몬'(FGF21) 경로와 독립적으로 작동함을 증명한 것으로, 인간 식이 장애 치료에 적용할 수 있을 전망이다.
서 단장은 "이번 연구는 장-뇌의 영양소 선택 원리를 밝힌 것으로, 향후 비만과 대사질환, 식이행동 장애 치료 연구의 중요한 과학적 근거가 될 것"이라며 "앞으로 단백질 결핍이 필수아미노산 선택 행동 외에 다른 섭식·비섭식 행동에 어떤 변화를 유도하는지를 연구할 계획"이라고 말했다.
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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