아세틸화 셀룰로오스: 미생물군을 통한 체중 증가 방지를 위한 새로운 프리바이오틱

도쿄대와 교토대 연구팀(타다시 타케우치 박사가 이끄는)과 협력하여 RIKEN 소속 과학자들은 Cell Metabolism 에 장내 미생물과 영양소 대사를 조절하여 생쥐의 체중 증가를 크게 제한할 수 있는 프리바이오틱스인 아세틸화 셀룰로스(AceCel)에 대한 최초의 포괄적인 평가 결과를 발표했습니다.

왜 AceCel인가?

전통적인 프리바이오틱스(이눌린, 올리고프룩토오스)는 광범위한 박테리아에 영양을 공급하지만, 선택적이지는 않습니다. AceCel은 아세틸 치환기가 히드록실기의 1/3에 공유 결합된 셀룰로스로, 아세틸 결합을 절단할 수 있는 특정 해석균, 주로 박테로이데스 테타이오타오마이크론(Bacteroides thetaiotaomicron )에게만 기질을 제공합니다.

실험 설계

1. 식단 구성: 지방 함량이 60%인 식단(DIO 모델)을 섭취한 쥐에게 5% AceCel, 등몰량의 무처리 셀룰로스 필러 또는 첨가물을 전혀 첨가하지 않았습니다.
2. 체중 및 신진대사 모니터링: 체중, 식습관, OGTT 및 인슐린 저항성 측정을 8주 동안 모니터링했습니다.
3. 미생물군: 2주, 4주, 8주차 대변의 16S rRNA 시퀀싱.
4. 메커니즘: 미생물군이 결핍된 무균성 쥐에 AceCel이 포함된 쥐와 포함되지 않은 쥐의 B. thetaiotaomicron 을 식민화했습니다.
5. 간 및 장 대사체학 및 전사체학: 단쇄지방산(SCFA), 아세트산염, 탄수화물 및 지질 대사에 관여하는 핵심 유전자의 전사본 측정.

주요 결과

• 체중 증가 제한: 8주 동안 AceCel을 섭취한 쥐는 체중이 8%만 증가한 반면, 대조군은 30%, 일반 셀룰로스를 섭취한 쥐는 28% 증가했습니다.
• 혈당 프로필 개선: AUC는 25% 감소(p<0.01), HOMA-IR은 30% 감소(p<0.05).
• 미생물군:
  • AceCel은 4주차까지 B. thetaiotaomicron 의 10배 증가를 유도 하고 Firmicutes의 성장을 억제했습니다.
  • 무균생물 실험을 통해 B. thetaiotaomicron이 없으면 AceCel의 효과가 사라진다는 것이 확인되었으며, 이는 이 종의 중요한 역할을 강조합니다.

• SCFA 및 아세트산 음이온:

  • 대변 아세트산염 수치는 40% 증가했지만(p<0.01) 전신 농도는 감소하여 박테리아 흡수가 증가했음을 나타냅니다.

• 간 대사:

  • 전사체학 분석 결과, Gck와 Pklr(당분해 효소)의 발현이 감소하고 Cpt1a와 Ppara(지방의 β 산화)의 발현이 증가하는 것으로 나타났습니다.
  • 간 지질 프로필은 중성지방이 35% 감소한 것으로 나타났습니다(p<0.05).

타케우치 박사는 "AceCel은 미생물군에 영양을 공급할 뿐만 아니라, 미생물군이 숙주의 탄수화물을 '훔쳐' 에너지 균형을 재조정하는 새로운 방법을 보여줍니다."라고 설명했습니다.

안전과 전망

• 실험 결과 장이나 간에서 염증 반응이 나타나지 않았으며 장기 기능 매개변수(ALT, AST)도 변화하지 않았습니다.
• 다음 단계: 내약성, 미생물군 및 탄수화물 대사에 미치는 영향을 평가하기 위한 인체 임상 연구.
• 준비 최적화: 아세틸화 수준, 분획 크기 및 프로바이오틱스( B. thetaiotaomicron 소비?)와의 조합은 추가 조사의 대상입니다.

이 기사에서 저자는 몇 가지 주요 의견을 밝혔습니다.

• 메커니즘의 선택성
  "AceCel은 독특한 프리바이오틱 효과를 나타냅니다. 광범위한 미생물 군에 먹이를 주는 대신 특정 Bacteroides thetaiotaomicron 균주를 선택하여 숙주의 탄수화물을 미생물 대사로 재지정합니다."라고 연구의 수석 저자인 타다시 타케우치 박사는 설명합니다.

• '경쟁자'로서의 미생물총의 역할 "저희의 무균생물학 실험 결과 , B. thetaiotaomicron이
  없으면 AceCel이 효과가 없다는 것이 분명하게 나타났습니다. 이는 프리바이오틱스가 장내 영양소에 대한 경쟁을 강화하는 방식으로 작용할 수 있음을 시사합니다."라고 공동 저자인 이케다 박사는 설명합니다.

• 인간에 대한 잠재력
  "쥐 실험에서 강력한 효과를 확인했지만, 인간에서 AceCel의 내약성과 대사 역학을 시험하는 것이 중요합니다."라고 사토 박사는 말합니다. "다음 임상 시험에는 환자의 미생물총과 대사체에 대한 심층 분석이 포함되어야 합니다."

• 안전성
  나카모토 박사는 "임상 전 모델에서는 장이나 간에 염증이나 조직 손상이 나타나지 않았으며, 이는 인체 임상으로 진행할 수 있는 근거를 제공했습니다."라고 덧붙였습니다.

이러한 의견은 AceCel이 유망한 차세대 프리바이오틱이라는 점을 강조하지만, 임상적으로 적용하기 위해서는 인간에서의 안전성과 작용 기전을 신중하게 평가해야 합니다.

에이셀은 유익한 박테리아를 자극할 뿐만 아니라 영양소 기질을 경쟁적으로 포착하여 비만과 대사 증후군에 대한 정밀 미생물-영양소 치료의 전망을 열어주는 차세대 프리바이오틱스의 길을 개척하고 있습니다.