단백질 부족하면… 장이 뇌에 “아미노산 먹어” 신호

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IBS 공동연구 ‘사이언스’에 게재
장-뇌 영양소 선택 원리 규명해
비만-대사질환 치료 연구 기반

몸속 단백질이 부족해지면 장(腸)이 뇌의 신경세포를 조절해 몸에서 스스로 만들지 못하는 영양소인 필수 아미노산을 우선 섭취하도록 행동을 유도한다는 사실이 밝혀졌다. 비만, 식이 장애 치료 연구에 기반이 될 것으로 주목받는다.

과학기술정보통신부는 서성배 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단장 팀이 서울대 이화여대 공동 연구팀과 함께 장과 뇌가 신호를 주고받는 연결 체계인 ‘장-뇌 축’의 작동 원리를 규명했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스’에 21일(현지 시간) 게재됐다.

연구팀은 초파리가 단백질 결핍 상태에 놓이면 장에서 ‘CNMa’라는 펩타이드 호르몬이 분비되면서 단백질 음식을 선호하게 된다는 사실을 밝히고 2021년 국제학술지 ‘네이처’에 연구 결과를 공개한 바 있다. 펩타이드 호르몬은 아미노산 여러 개가 사슬처럼 결합해 만들어진 신호 물질이다.

이번 연구에서는 CNMa 신호가 뇌로 전달되는 경로와 특정 영양소를 선택해 먹는 행동 원리를 밝혔다. 장-뇌 축이 ‘빠른 신경 경로’와 ‘느린 호르몬 경로’를 동시에 가동한다는 점이 핵심이다.

장 상피세포가 단백질 부족을 감지하면 장 신경세포가 신경전달물질인 아세틸콜린을 이용해 뇌에 신호를 빠르게 직접 전달하고 뇌는 특정 신경세포 ‘R3m 뉴런’을 활성화해 필수 아미노산 섭취를 유도한다. 느린 호르몬 경로에서는 CNMa 호르몬이 순환계를 통해 뇌에 도달해 단백질 선호 행동을 오래 유지시킨다.

CNMa 신호는 필수 아미노산 섭취를 늘리는 동시에 탄수화물 섭취를 담당하는 신경세포 ‘DH44 뉴런’ 활성을 억제한다. 식사량을 늘리는 대신 탄수화물보다 필수 아미노산을 먼저 찾도록 먹는 행동 자체를 바꾸는 것이다.

생쥐 실험에서도 단백질이 부족하면 필수 아미노산을 선호하는 행동이 나타났다. 단백질 결핍 반응의 핵심 호르몬인 FGF21이 없는 생쥐에서도 마찬가지였다. 스티븐 심프슨, 데이비드 로벤하이머 호주 시드니대 교수는 같은 호 논평에서 “장이 단백질 식욕 조절의 핵심 통제 거점 역할을 한다”며 “인간의 비만을 이해하는 데도 중요한 단서가 될 것”이라고 평가했다.

서 단장은 “비만 치료, 식욕 조절 약물 대부분은 장 호르몬 신호를 활용하지만 자연 분비 장 호르몬이 뇌와 행동에 미치는 영향과 경로는 충분히 연구되지 못했다”고 말했다.

이어 “장-뇌의 영양소 선택 원리를 밝힌 이번 연구가 비만, 대사 질환, 식이 행동 장애 치료 연구의 중요한 기반이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

조가현 동아사이언스 기자 gahyun@donga.com