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‘장(腸) 건강이 뇌 건강’... ‘장뇌 축’ 작동 메커니즘 확인 - 뇌 시상하부 뉴런이 장내 세균 변화 직접 감지해 식욕 및 체온 조절 - 프랑스 파스퇴르 연구소 논문... 세균 세포의 ‘NOD2’ 수용체가 매개
  • 기사등록 2022-04-27 15:01:00
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▲ 픽사베이



[트리니티메디컬뉴스=김여리 기자] 장(腸)의 미생물(gut microbiota) 세포에서 떨어진 부산물은 혈액을 타고 순환하면서 면역과 물질대사, 뇌 기능 등을 조절하는데, 이 때 장과 뇌 사이에 신호 전달 경로가 작동한다. 바로 ‘장뇌 축(gut-brain axis) 이론’이다.

   

그런데 과학자들은 지금까지 이 이론을 입증할 명백한 근거를 제시하지 못했다. ‘장뇌 축’이 어떻게 작동하지도 설명할 수 없었다.

   

이런 가운데 프랑스 과학자들이 뇌와 장 미생물 사이의 신호 교환 메커니즘을 밝혀냈다고 연합뉴스가 보도했다.

   

장 생태계에 변화가 생기면 뇌의 시상하부 뉴런이 곧바로 이를 감지해 식욕, 체온 등을 조절한다는 것이다. 즉, 뇌가 장 세균과 직접 소통한다는 뜻이다. 이 연구 결과는 장차 비만, 당뇨 등 대사 질환 치료법 개발로 이어질 가능성도 있다. 

   

프랑스 파스퇴르연구소 과학자들이 주도한 이 연구에는 프랑스 국립보건의료연구소(Inserm)와 국립과학연구원(CNRS) 과학자들도 참여했다.

   

연구팀은 생쥐의 뇌를 fMRI(기능적 자기공명 영상법)의 영상 기술로 관찰했다.

   

그 결과, 뇌의 여러 영역에서 ‘NOD2’의 존재를 확인했다. 특히 시상하부에 많았다. NOD2는 면역세포 내에 존재하는 수용체로, ‘뉴클레오타이드 저중합체화 도메인(Nucleotide Oligomerization Domain)를 말한다. 이 수용체는 세균의 세포벽 구성 요소 중 하나인 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 감지하며, 이 수용체 코드를 가진 유전자의 돌연변이가 크론병, 감정 장애(mood disorders), 소화불량 등과 연관돼 있는 것으로 알려졌다.

   

장에서 혈류를 타고 온 펩티도글리칸과 NOD2가 접촉하면 뇌 시상하부 뉴런의 전기적 활성도가 억제됐다. 반대로 시상하부 뉴런에 NOD2가 발현하지 않으면 펩티도글리칸과 접촉해도 전기 활동이 둔화하지 않았다.

   

NOD2가 없는 생쥐는 뇌가 음식 섭취와 체온을 제대로 조절하지 못해 체중이 증가했다. 이런 생쥐는 2형 당뇨병에 걸릴 위험성이 높았는데, 특히 나이 든 암컷이 더 위험했다.

   

연구팀은 이에 대해 “장과 혈액, 뇌 등에 펩티도글리칸이 존재한다는 건 장 세균의 급격한 증식을 알리는 생물지표”라며 “뇌의 시상하부 뉴런이 장 세균의 세포막에서 떨어진 펩티도글리칸을 직접 감지한다는 건 놀라운 일”이라고 밝혔다.

   

연구팀은 “시상하부는 체온, 허기, 갈증, 생식 기능 등을 조절하는 뇌의 핵심 중추라는 점에서 더 놀라운 발견”이라며 “이전에는 면역세포가 이런 기능을 하는 걸로 알았는데, 알고 보니 뇌가 직접 수행했다”고 말했다.

   

뇌는 이런 메커니즘을 통해 장 세균의 증식·사멸 등을 감지, 음식물 섭취가 장의 생태계에 어느 정도 충격을 주는지 바로 알아냈다.

   

파스퇴르연구소의 ‘미세환경 면역 유닛(unit)’ 책임자인 제라 에벨 박사는 “어떤 음식을 너무 많이 먹으면 장에서 특정 병원체나 세균의 성장만 자극해 전체 미생물총의 균형을 위협할 수 있다”고 말했다. 관련 논문은 최근 국제저널 ‘사이언스(Science)’지에 실렸다.


 

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