과학기술정보통신부는 기초과학연구원 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장 연구팀이 서울대학교, 이화여자대학교와의 공동 연구를 통해 장이 단백질 부족 신호를 감지하고 뇌의 신경회로를 변화시켜 필수 아미노산을 우선적으로 섭취하게 만드는 장-뇌 축 작동 원리를 밝혀냈다고 밝혔다.
장-뇌 축은 장과 뇌가 신경, 호르몬, 면역 신호 등을 통해 정보를 주고받는 생리적 연결 체계다. 장은 영양 상태와 음식 성분, 미생물, 병원균 등을 감지하고 호르몬을 분비해 전신 대사를 조절하는 기관으로 알려져 있으나, 장에서 생성된 신호가 뇌로 전달되어 섭식 행동으로 이어지는 구체적 과정은 명확히 규명되지 않았었다.
연구진은 앞선 연구에서 초파리가 단백질 결핍 상태일 때 장에서 ‘CNMa’라는 펩타이드 호르몬이 분비되어 단백질 음식을 선호하게 된다는 사실을 밝힌 바 있다. 이번 연구에서는 이 호르몬 신호가 뇌로 전달되는 경로와 함께 새로운 신경 회로, 영양소 선택 원리까지 규명했다.
연구 결과, 장-뇌 축은 단일 경로가 아닌 빠른 신경망과 느린 호르몬 작용이 동시에 작동하는 체계로 확인됐다. 장 상피세포가 단백질 부족을 감지하면 신경 경로를 통해 즉각적으로 뇌에 신호를 전달해 필수 아미노산 섭취를 유도한다. 이후 CNMa 호르몬이 순환계를 통해 뇌에 도달해 단백질 선호 행동이 지속되도록 돕는다. 두 경로가 협력해 영양 결핍 상황에 정밀하게 대응하는 방식이다.
또한 장에서 유래한 CNMa 신호는 필수 아미노산 섭취를 촉진하는 동시에 탄수화물 섭취를 촉진하는 뉴런의 활성을 억제하는 것으로 나타났다. 이는 생체가 전체 섭취량을 늘리는 대신 특정 영양소를 선택하고 다른 영양소는 줄이는 선택적 섭식 행동을 수행함을 보여준다.
연구진은 이러한 장-뇌 축 조절 시스템이 초파리를 넘어 생쥐에서도 동일하게 작동함을 확인했다. 특히 간 유래 호르몬 FGF21이 없는 상태에서도 같은 행동 반응이 유지되어 기존 호르몬과 독립적으로 작동하는 대안적 조절 체계임을 입증했다.
이번 연구 성과는 과기정통부 개인기초연구사업, IBS 기초과학연구단사업, 삼성미래기술육성사업 등의 지원을 통해 수행됐으며, 학술지 사이언스에 한국시간 기준 5월 22일 온라인 게재됐다.
서성배 단장은 “이번 연구는 장-뇌의 영양소 선택 원리를 밝힌 것으로 향후 비만, 대사 질환, 식이 행동 장애 치료 연구에 중요한 기반이 될 것”이라고 밝혔다. 과기정통부 김성수 연구개발정책실장은 “기초연구 성과는 국가 과학기술 경쟁력의 기반”이라며 안정적인 연구 환경 조성을 강조했다.
댓글
0