배고픔 전달하는 장과 뇌 신호 관계 과학적 규명…비만 치료 새 길열어

IBS-서울대-이화여대 공동…연구결과 사이언스 게재

장과 뇌 간 행동을 제어하는 방법으로 편식괴 비만을 해결할 새로운 길이 열렸다.

과학기술정보통신부는 서성배 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단장 연구팀이 서울대학교, 이화여자대학교와 공동으로 몸속 단백질 부족 신호를 감지한 장이 뇌 신경회로를 바꿔 필수 아미노산을 선택･우선적으로 섭취하게 만드는 장-뇌 축 작동 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

연구결과는 세계 3대 학술지 사이언스에 온라인으로 게재됐다.

필수 아미노산 결핍에 대한 장-뇌 축의 신경·호르몬 조절 메커니즘. 필수 아미노산이 부족해지면 CNMa 펩타이드 분비가 증가한다. (그림=IBS)

장-뇌 축은 장과 뇌가 신경, 호르몬, 면역 신호 등을 통해 서로 정보를 주고받는 생리적 연결 체계를 말한다.

연구팀은 배가 고프면, 장이 이를 감지, 장-뇌축으로 신호를 보내 아미노산을 섭취하도록 뇌가 명령한다는 논리다. 그런데 아직까지 이 같은 신호가 뇌로 전달되는 경로와 ‘무엇을 먹을지’라는 행동 선택이 어떻게 이루이지는지 구체적 과정은 밝혀지지 않았었다.

연구팀은 이번 연구에 앞서 지난 2021년 네이처에 초파리가 단백질 결핍 상태가 되면 장에서 펩타이드 호르몬인 'CNMa’가 분비되면서 단백질 음식을 선호하게 된다는 사실을 밝힌 바 있다.

이번 연구에서는 이 'CNMa' 호르몬 신호가 뇌로 전달되는 경로뿐 아니라 새로운 신경 회로와 역할, 영양소 선택 원리 등 장-뇌 간 섭식 행동 조절의 원리와 과정을 밝혀낸 것.

연구팀은 영양 결핍에 대응하는 장-뇌 축이 단일 경로가 아닌 빠른 신경 망과 느린 호르몬 작용을 동시에 가동하는 정밀 시스템임을 밝혀냈다고 설명했다.

장 상피세포가 단백질 부족 신호를 감지하면 먼저, 장-뇌 신경 경로를 통해 빠르게 뇌에 신호를 보내 즉각 필수 아미노산 섭취를 유도한다. 뒤이어 분비된 'CNMa' 호르몬은 순환계를 타고 느리게 뇌에 도달, 단백질 선호 행동이 지속 유지되도록 돕는다.

연구팀은 또 장 유래 'CNMa' 신호가 뇌에서 필수 아미노산 섭취를 촉진하는 동시에, 탄수화물(포도당) 섭취를 촉진하는 뉴런(DH44) 활성을 억제한다는 사실도 밝혀냈다.

서성배 단장은 " 몸의 균형을 맞추기 위해 장과 뇌가 스스로 식단을 재조정하는 셈"이라고며 "선택적 섭식 행동 메커니즘을 규명한 것"이라고 설명했다.

연구팀은 이같은장-뇌 축 시스템이 초파리를 넘어 포유류(생쥐)에서도 동일하게 작동한다는 것도 확인했다. 특히 기존 단백질 결핍 반응의 핵심 호르몬으로 알려진 간 유래 호르몬(FGF21)이 없는 상태에서도 동일한 행동 반응이 유지되는 것을 확인했다.

연구팀. 왼쪽부터 서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단장, 이원재 서울대 교수, 오양균 이화여대 부교수, 김보람 서울대 기초과학연구원 선임연구원(제1저자), 이성주 미국 예일대 박사후연구원(공동제1저자).(사진=IBS)

서성배 단장은 "기존 호르몬에 독립적으로 작동하는 대안적 조절 시스템임을 증명한 것"이라며 "향후 인간의 식이 장애 치료에 적용할 수 있는 가능성을 대폭 높였다"고 부연설명했다.

김성수 과기정통부 연구개발정책실장은 “새로운 생명 현상의 규명 등 기초연구 성과는 결국 국가 과학기술 경쟁력의 단단한 뿌리가 된다”고 평가하며 “연구자들이 실패를 두려워하지 않고 독창적･혁신적 연구에 마음껏 도전하는 안정적인 연구 환경을 구축하는 데 정책적 역량을 집중할 것"이라고 밝혔다.