필수영양소의 하나인 단백질이 부족한 상태가 되면몸속 장이 뇌에 신호를 보내 단백질을 섭취하도록 섭식을 조절한다는 연구결과가 나왔다.장이 단순히 소화를 담당하는 기관을 넘어, 부족한 영양소를 우선 섭취하도록 뇌 회로에 영향을 준다는 것이다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장 연구팀이 서울대·이화여대 공동 연구진과 함께 단백질 결핍 상황에서 작동하는 장-뇌 축의 조절 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

연구 성과는 국제학술지 '사이언스'에 이날 게재됐다.

장-뇌 축은 장과 뇌가 신경, 호르몬, 면역 신호 등을 주고받는 생리적 연결 체계다. 장은 음식물을 소화·흡수하는 기관이지만, 동시에 몸속 영양 상태와 음식 성분, 장내 미생물, 병원균 등 여러 정보를 감지한다. 이런 이유로 장은 제2의 뇌로도 불린다.

다만 지금까지 장에서 발생한 영양 결핍 신호가 어떤 경로를 거쳐 뇌에 전달되고, 실제 섭식 행동 변화로 이어지는지는 명확히 규명되지 않았다.

장 신경·호르몬이 시간차로 작동
연구진은 초파리 실험을 통해 단백질 결핍 상태에서 장 상피세포가 'CNMa'라는 펩타이드 호르몬을 분비한다는 점에 주목했다. CNMa는 필수 아미노산 섭취 행동을 조절하는 신호 물질이다.

이번 연구에서 확인된 핵심은 장-뇌 축이 하나의 통로로만 작동하지 않는다는 점이다. 단백질이 부족해지면 장은 먼저 신경 경로를 통해 뇌에 빠르게 신호를 보낸다. 이 신호는 뇌의 특정 뉴런을 활성화해 필수 아미노산 섭취를 유도한다.

이후 장에서 분비된 CNMa 호르몬은 혈액을 타고 상대적으로 느리게 뇌에 도달한다. 빠른 신경 신호가 초기 반응을 만들고, 느린 호르몬 신호가 단백질 선호 행동을 지속시키는 구조다.

몸이 단순히 전체 식사량을 늘리는 것이 아니라, 부족한 영양소를 우선 섭취하도록 행동을 재조정한다는 의미다.

연구진은 CNMa 신호가 필수 아미노산 섭취를 촉진하는 동시에 탄수화물 섭취와 관련된 뉴런의 활성을 억제한다는 사실도 확인했다. 단백질이 부족한 상황에서는 필수 아미노산 섭취 쪽으로 섭식 행동의 무게중심이 이동한다는 설명이다.

생쥐서도 유사 반응…치료 응용은 추가 연구 필요
이번 연구는 초파리에서 확인한 원리가 생쥐에서도 유사하게 나타난다는 점도 보였다. 생쥐 역시 단백질이 부족한 상황에서 필수 아미노산 섭취 행동을 보였다.

특히 기존에 단백질 결핍 반응의 핵심 호르몬으로 알려진 간 유래 호르몬 'FGF21'이 없는 상태에서도 같은 행동 반응이 유지됐다. 이는 단백질 결핍에 따른 섭식 행동 변화가 기존 FGF21 경로와 별개인 장-뇌 축 조절 시스템을 통해서도 이뤄질 수 있음을 시사한다.

다만 이번 연구는 초파리와 생쥐 모델을 바탕으로 한 기초연구다. 사람에게 곧바로 적용할 수 있는 치료법이 나온 것은 아니다. 연구진은 장-뇌 축이 영양 불균형, 비만, 대사질환, 식이 행동 장애 연구의 단서가 될 것으로 기대하고 있다.

서성배 IBS 연구단장은 "비만·식욕 조절 약물 대부분은 장 호르몬 신호를 활용하지만, 자연적으로 분비되는 장 호르몬이 뇌와 행동에 미치는 영향과 경로는 충분히 연구되지 못했다"며 "이번 연구는 장-뇌의 영양소 선택 원리를 밝힌 것으로, 향후 비만, 대사 질환, 식이 행동 장애 치료 연구에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

김성수 과기정통부 연구개발정책실장은 "새로운 생명 현상 규명 같은 기초연구 성과는 국가 과학기술 경쟁력의 단단한 뿌리가 된다"며 "연구자들이 실패를 두려워하지 않고 독창적·혁신적 연구에 도전할 수 있는 안정적 연구 환경을 구축하는 데 정책적 역량을 집중하겠다"고 밝혔다.

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