비만과 신진대사에 영향을 주는 장내 박테리아

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-08

식욕을 증가와 인슐린 저항성 증가는 장내 박테리아에 의해 한 실험쥐에서 다른 실험쥐로 전이된다는 사실이 발견되었다. 이번 발견은 장내 박테리아가 인간의 비만과 신진대사관련 질환에 영향을 줄 수 있다는 주장에 무게를 싣게 되었다. 이전 연구에서 장내 박테리아의 숫자는 비만인 사람과 마른 사람 사이에서 큰 차이가 있다는 것을 보여준 바 있다. 에모리 대학 의대 (Emory University School of Medicine)의 병리학 및 실험실 의학교수인 앤드류 게위츠 (Andrew Gewirtz)는 이번 연구의 수석 저자로서 “선진국에서 비만의 확산은 좌식 생활습관의 증가와 저비용 고칼로리 음식이 풍부해지면서 일어난 것으로 생각되고 있다. 하지만 우리의 연구결과에 의하면 과도한 칼로리 소비는 통제되지 않는 음식섭취습관의 결과일 뿐 아니라 장내 박테리아가 식욕 및 신진대사의 변화에 영향을 준다는 사실을 밝혀내었다”고 말했다. 이번 연구논문의 제 1저자인 에모리 대학의 교수인 마탐 비제이-쿠마 (Matam Vijay-Kumar) 박사는 면역체계가 조작된 계통의 실험쥐를 연구해왔다. 이들 실험쥐는 박테리아의 출현을 감지하도록 도와주는 유전자인 <Toll-like receptor5, TLR5>가 결핍된 상태로 유전자조작을 통해 만들어졌다. TLR5는 많은 박테리아들이 이동을 위해 추진력을 얻는 일종의 도구의 주요 구성물인 편모 (flagellin)를 인식한다. 이번 연구는 에모리 대학의 연구자인 제스 앳킨 (Jesse Aitken)의 예상치 못한 관찰에서 시작된다. 그는 TLR-5가 부족한 실험쥐는 약 20% 정도 정상적인 실험쥐보다 무게가 더 나가며 트리글리세리드 (triglyceride)와 콜레스테롤 그리고 혈압이 높아진다는 사실을 발견했다. 이 실험쥐들은 또한 혈당량이 약간 높아지고 인슐린 생산량도 증가하는 사실을 비제이-쿠마와 게위츠는 발견했다. TRL-5부족 실험쥐는 정상적인 실험쥐보다 약 10% 정도 더 많은 음식을 소비한다. 이들 실험쥐에 대해 음식섭취를 제한할 경우에 몸무게 손실이 일어났지만 인슐린에 대한 반응이 줄어들었다. 고지방 음식을 제공했을 경우에 TLR-5 결핍 실험쥐는 정상적인 실험쥐보다 더 많이 살이 쪘으며 당뇨병과 지방간에 걸렸다. 즉, TLR-5 결핍 실험쥐는 심장질환이나 당뇨병의 위험이 증가되는 일군의 질병인 ‘대사증후군 (metabolic syndrome)’에 걸렸다고 볼 수 있었다. 이전 연구에서 TLR-5는 장내에서 박테리아를 통제하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다. 특정한 조건 하에서 TRL-5 결핍 실험쥐는 염증성 내장질환인 대장염 (colitis)을 일으키지만 대부분의 실험쥐는 낮은 수준의 만성 염증을 일으킨다 < Matam Vijay-Kumar et al. Journal of Clinical Investigation 117: 3909-3921>. 게위츠는 “장은 선한 사람과 악한 사람이 모여있는 복잡한 공동체와 같다. 우리는 TLR-5를 이웃 경찰관으로 볼 수 있으며 이들은 법을 잘 지키는 시민과 잠재적인 말썽꾸러기를 구분할 수 있다. TLR-5를 제거하면 결국 공동체의 안전은 허물어진다”고 말했다. TLR5-결핍 실험쥐를 대부분 장내 박테리아를 죽일 수 있을 만큼 강력한 항생제로 처리하면 이러한 신진대사의 이상현상은 감소한다. 이를 통해서 게위츠의 연구팀은 TLR5-결핍 실험쥐의 장내박테리아의 구성물을 코넬 대학의 루스 레이 (Ruth Ley)와 함께 공동으로 분석했다. 레이의 이전에 실험쥐와 인간을 대상으로 한 연구에서 비만동물과 환자에게서 페르미쿠테스 (Firmicutes)과의 박테리아를 발견했다. 즉, 비만인의 장내에서는 페르미쿠테스과의 미생물이 많다는 것을 의미한다 <Ruth E. Ley et al. Nature 444: 1022. doi:10.1038/4441022a>. 그리고 음식으로부터 칼로리를 추출하는 내장의 능력을 증가시키는 박테로이데티스 (Bacteroidetes)는 적어서 음식물 소화중 칼로리를 더 흡수한다는 사실도 발견했다. 반면에서 TLR5-결핍 실험쥐는 정상적인 비율의 페르미쿠테스와 박테로이데티스를 갖고 있지만 이들 과 (family)를 구성하는 박테리아 종 사이의 차이가 나타났다. 더욱 중요한 점은 게위츠와 그의 연구팀이 TLR5-결핍 실험쥐의 장내 박테리아의 정상적인 실험쥐로의 전이를 통해 식욕의 증가, 비만, 혈당증가 그리고 인슐린 저항성과 같은 대사 증후군의 특성을 전이시킨다는 사실을 발견했다. 인간의 장내 박테리아는 태어날 때부터 가족으로부터 얻게 되며 상대적으로 안정적이라고 생각되어왔다. 하지만 장내 박테리아의 구성은 식습관과 항생제에 의해 영향을 받는다. 게위츠는 “이전 연구에서 박테리아가 식품으로부터 에너지를 흡수하는 과정에 영향을 준다는 사실을 보여주었다. 하지만 이번 연구를 통해서 장내 박테리아는 실제로 식욕에 영향을 미칠 수 있다는 점을 보여주었다”고 말했다. 인슐린이 식욕을 감소시키는 것으로 알려져 있으며 이에 대해서 그는 “대장염의 부재에서도 TLR5-결핍 실험쥐는 낮은 수준의 염증을 보인다. 이 염증이 장내 박테리아의 변화를 일으키는지 여부는 확실하지 않다. 하지만 일단 미생물군집 전체를 변화시키게 되면 이러한 신진대사 이상을 다른 실험쥐로 전이시키게 된다. 유전성 대사증후군이 유전을 통해 일어난다기 보다 환경을 통해 전달될 수 있다는 가능성을 제기하고 있다. 비만 어린이는 잘못된 부모들의 지도로 인해 비만을 얻게 된 것일까? 아마도 식욕을 증가시키는 박테리아가 어떤 역할을 했을 것이다”고 말했다. 게위츠는 그의 연구팀이 인간의 TLR5 유전자의 변이를 조사할 계획을 갖고 있으며 부가적인 연구를 통해 TLR5-부족 실험쥐에서 박테리아의 차이점과 어떻게 식욕과 신진대사에 영향을 주는가를 연구할 것이다. 이번 연구는 국립보건연구원 (NIH)와 미국 크론병 및 대장염 재단 (Crohn’s and Colitis Foundation of America)의 지원을 받아 이루어졌다. 출처: <Science Daily> 2010년 3월 8일 원문출처: 1. M. Vijay-Kumar et al. Altered Gut Microbiota in Toll-Like Receptor-5 (TLR5) Deficient Mice Results in Metabolic Syndrome. Science, March 4 2010; 10.1126/science.1179721 2. Matam Vijay-Kumar, Catherine J. Sanders, Rebekah T. Taylor, Amrita Kumar, Jesse D. Aitken, Shanthi V. Sitaraman, Andrew S. Neish, Satoshi Uematsu, Shizuo Akira, Ifor R. Williams, Andrew T. Gewirtz. Deletion of TLR5 results in spontaneous colitis in mice. Journal of Clinical Investigation 117: 3909-3921 3. Ruth E. Ley, Peter J. Turnbaugh, Samuel Klein & Jeffrey I. Gordon. Microbial ecology: Human gut microbes associated with obesity. Nature 444: 1022. doi:10.1038/4441022a 출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100304142232.htm