【후생신보】 장내 미생물이 생성하는 물질이 뇌 신경세포 구조를 통해 체중과 혈당 조절에 관여한다는 연구 결과가 나왔다.

연세대학교 치과대학 구강생물학교실 김기우 교수팀(리잘 산토스·양동주·유상희)은 장내 미생물이 만들어내는 대표적 단쇄지방산인 ‘부티르산(butyrate)’이 뇌 시상하부 신경세포의 ‘일차 섬모(primary cilia)’를 통해 체중과 혈당을 조절한다는 사실을 규명했다고 7일 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 Nature Communications 최신 호에 게재됐다.

부티르산은 장내 미생물이 식이섬유를 분해하는 과정에서 생성되는 물질로, 그동안 소화·면역·내분비계에 영향을 미치는 대사 조절 인자로 알려져 왔다. 그러나 뇌에서 어떤 방식으로 작용하는지는 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 식욕과 에너지 소비, 호르몬 분비 등을 조절하는 뇌 부위인 ‘시상하부’에 주목했다. 특히 시상하부 신경세포 표면에 존재하는 ‘일차 섬모’가 신호 전달에 중요한 역할을 할 가능성에 착안해 연구를 진행했다.

연구는 고지방 식이로 비만을 유도한 마우스 모델을 대상으로 이뤄졌다. 연구팀은 부티르산을 복강 주사와 경구 투여, 뇌실 주사 방식으로 투여한 결과, 투여군에서 대조군 대비 체중이 약 15% 감소하고 식이 섭취량도 약 20% 줄어든 것을 확인했다. 혈당 조절 능력 역시 유의미하게 개선됐다.

분자 수준 분석에서는 시상하부 신경세포에서 일차 섬모 형성과 관련된 유전자(Rfx2·Rfx3 등)와 구성 단백질(Ift20·Ift54·Ift88·Kif3a/b)의 발현이 증가했다. 실제로 시상하부 주요 영역인 궁형핵과 복내측핵에서 일차 섬모 형성이 촉진된 사실도 확인됐다.

반면 식욕 조절에 핵심 역할을 하는 AgRP 뉴런에서 일차 섬모를 제거한 마우스에서는 부티르산 투여 후에도 체중 감소나 혈당 개선 효과가 나타나지 않았다. 신경활성 변화 역시 관찰되지 않아 부티르산의 대사 조절 기능이 시상하부 AgRP 뉴런의 일차 섬모를 통해 작동한다는 점이 입증됐다.

전기생리학 분석에서도 부티르산은 AgRP 뉴런 활성을 억제하는 방향으로 작용했지만, 일차 섬모가 제거된 경우에는 이러한 변화가 나타나지 않았다.

김기우 교수는 “이번 연구는 장내 미생물이 생성하는 물질이 단순히 장에만 영향을 미치는 것이 아니라 뇌 신경세포의 구조적 변화를 통해 전신 대사를 조절한다는 사실을 규명한 것”이라며 “특히 시상하부 신경세포의 일차 섬모가 비만·당뇨 등 대사질환 치료의 새로운 표적이 될 가능성을 제시했다”고 말했다.

이어 “이번 성과는 장–뇌 축(gut-brain axis)을 기반으로 한 차세대 대사질환 치료 전략 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.