장과 뇌의 소통 방식을 재구성하는 획기적인 발견

장과 뇌의 소통 방식을 재고하는 획기적인 연구에서 연구자들은 "신경생물학적 감각"이라고 부르는 것을 발견했습니다. 이는 뇌가 장에 사는 미생물의 신호에 실시간으로 반응할 수 있게 해주는 새로운 시스템입니다.

듀크 대학교 의과대학 신경과학자 디에고 보조르케즈 박사와 M. 마야 켈버러 박사가 네이처( Nature ) 저널에 발표한 새로운 연구는 결장 상피를 덮고 있는 작은 감각 세포인 신경족(neuropods)에 초점을 맞춥니다. 이 세포들은 일반적인 미생물 단백질을 인식하고 뇌로 빠른 신호를 보내 식욕을 억제합니다.

하지만 이는 시작에 불과합니다. 연구팀은 이 신경생물학적 감각이 장이 미생물을 감지하는 방식을 이해하는 더 넓은 플랫폼 역할을 할 수 있다고 믿습니다. 이 감지 방식은 식습관부터 기분까지 모든 것에 영향을 미치며, 심지어 뇌가 미생물군집에 어떻게 반응하여 이를 형성하는지까지 파악할 수 있습니다.

듀크 대학교 의대의 의학 및 신경생물학 교수이자 이 연구의 수석 저자인 디에고 보조르케즈 박사는 "우리는 신체가 미생물 신호를 면역이나 염증 반응뿐만 아니라 행동에 즉각적인 영향을 미치는 신경 반응으로 실시간으로 인식할 수
있는지에 관심이 있었습니다."라고 말했습니다.

핵심 성분은 플라젤린(flagellin)인데, 이는 박테리아가 이동하는 데 사용하는 꼬리 모양의 구조인 박테리아 편모를 구성하는 고대 단백질입니다. 우리가 음식을 섭취하면 일부 장내 박테리아가 플라젤린을 분비합니다. 신경족(neurodole)은 TLR5라는 수용체를 통해 플라젤린을 감지하고, 장과 뇌를 연결하는 주요 신호 전달 경로인 미주신경을 통해 신호를 보냅니다.

미국 국립보건원의 지원을 받은 이 팀은 대담한 가설을 제시했습니다. 대장 내 박테리아의 플라젤린이 신경다리를 활성화하고 뇌로 식욕 억제 신호를 보낼 수 있다는 것입니다. 이는 미생물이 행동에 직접적으로 영향을 미치는 것입니다.

연구진은 쥐를 밤새도록 금식시킨 후 소량의 플라젤린을 대장에 직접 주입하여 실험했습니다. 이 실험에서 쥐들은 더 적게 먹었습니다.

연구진이 TLR5 수용체가 결핍된 생쥐에게 동일한 실험을 반복했을 때, 아무런 변화도 없었습니다. 생쥐는 계속 먹고 체중이 증가했는데, 이는 이 경로가 식욕 조절에 도움이 된다는 단서입니다. 이 결과는 플라젤린이 TLR5를 통해 "충분하다"는 신호를 보내 장이 뇌에 식사를 멈출 때라고 알릴 수 있도록 한다는 것을 시사합니다. 이 수용체가 없으면 이 신호는 전달되지 않습니다.

이 발견은 연구의 주요 저자인 윈스턴 리우(Winston Liu, MD, PhD), 에밀리 올웨이(Emily Olway, 둘 다 건강 과학자 훈련 프로그램 대학원생), 그리고 박사후 연구원 나아마 라이허(Naama Reicher, PhD)의 도움으로 가능했습니다. 이들의 실험 결과, 이 신호 전달 경로를 방해하면 생쥐의 섭식 행동이 변화하는 것으로 나타났으며, 이는 장내 미생물과 생쥐의 행동 사이에 더 깊은 연관성이 있음을 시사합니다.

"앞으로 이 연구는 미생물이 우리 행동에 어떻게 영향을 미치는지 설명하는 데 있어 더 넓은 과학계에 특히 유용할 것으로 생각합니다."라고 보조르케스는 말합니다.
"다음 단계는 특정 식단이 장내 미생물 구성을 어떻게 변화시키는지 연구하는 것입니다. 이는 비만이나 정신 질환과 같은 문제를 해결하는 데 핵심적인 요소가 될 수 있습니다."