트레이너로서의 미생물군: 근육 섬유를 성장시키는 박테리아

Scientific Reports 에 발표된 한 연구 에서 과학자들은 생쥐의 미생물총을 "재조립"하여 근력 운동 능력과 근육 구성을 크게 향상시킬 수 있는 특정 장내 박테리아를 발견했습니다. 인간 미생물총을 생쥐에 이식하고 후보군을 시험한 후, 저자들은 락토바실러스 존슨(Lactobacillus johnsonii)과 리모실락토바실러스 로이테리(Limosilactobacillus reuteri) 두 종을 확인했습니다. 노화된 생쥐에게 이 박테리아를 장기간 투여한 결과, 근력 검사 결과가 향상되고 골격근량과 근섬유 단면적이 증가했으며, 분자 수준에서는 근육 재생 마커인 FST(폴리스타틴)와 IGF-1의 발현이 증가했습니다. 이 연구는 2025년 8월 18일에 발표되었습니다.

연구 배경

근감소증(근골격근의 근력과 질의 연령 관련 감소)은 낙상, 장애, 사망 위험을 증가시킵니다. 전통적인 중재(근력 운동, 충분한 단백질 섭취)는 효과가 있지만, 많은 고령자에게서 그 효과가 제한적이기 때문에 장내 미생물군을 포함한 새로운 목표로 관심이 옮겨가고 있습니다. 축적되는 증거들은 미생물군 구성이 근육 대사 및 기능과 관련이 있음을 보여주며, 심지어 프로바이오틱스 보충제가 근력과 운동 수행 능력을 약간 향상시킬 수 있음을 시사하지만, 연구마다 결과는 엇갈립니다.

"장-근육 축"이라는 개념은 여러 메커니즘에 의존합니다. 미생물에 의해 합성되는 단쇄 지방산은 근육 에너지 대사에 영향을 미치고, 미생물총은 염증과 장내 장벽의 온전성을 조절하며, 성장 및 가소성 신호는 신경내분비 경로를 통해 변화합니다. 또한 신체 활동은 미생물 구성을 "재구성"하는데, 이는 양방향 관계입니다. 이는 노화 유기체의 근육 기능을 특별히 지원하는 균주를 찾는 기반을 마련합니다.

그러나 최근까지 특정 박테리아 수준에서는 연관성은 많았지만 인과관계에 대한 증거는 거의 없었습니다. Scientific Reports 에 게재된 새로운 논문은 이러한 간극을 부분적으로 메웠습니다. 저자들은 먼저 인간 미생물총을 생쥐에 이식하여 그 변이가 근력 검사에 미치는 영향을 보여주었습니다. 그런 다음 후보균주들을 기능적으로 시험하여 락토바실러스 존슨(Lactobacillus johnsonii)과 리모실락토바실러스 로이테리(Limosilactobacillus reuteri)라는 두 가지 핵심 종을 확인했습니다. 노화된 생쥐에게 이 균주들을 장기간 투여한 결과, 근력, 근 질량, 그리고 근 단면적이 증가했으며, 분자 마커 수준에서는 FST와 IGF-1의 발현이 증가하여 성장 촉진 효과를 나타냈습니다.

현재까지의 실질적인 결론은 신중한 편입니다. 이는 설득력 있는 전임상 연구이며 특정 균주에 특화된 "근육감소 억제" 프로바이오틱스를 향한 첫걸음이지만, 인체 적용을 위해서는 검증된 평가변수와 기전적 바이오마커를 이용한 무작위 배정 임상시험이 필요합니다. 최근의 연구들은 보조 요법으로서 유산균의 잠재력을 강조하지만, 광범위한 권고안을 제시하기 전에 균주, 용량, 그리고 투여 기간을 표준화할 필요성도 강조합니다.

어떻게 테스트했나요?

연구진은 먼저 항생제를 사용하여 9개월 된 생쥐의 장내 세균총을 "제로화"하고 대변 이식을 시행했습니다. 3개월 동안 생쥐에게 만성 질환이 없고 최근 항생제/프로바이오틱스를 섭취하지 않은 건강한 성인 10명의 대변을 혼합하여 제공했습니다. 근력과 민첩성은 두 가지 독립적인 시험, 즉 회전 막대에서 떨어지는 시간(rotarod)과 와이어 서스펜션(wire suspension)(유지 시간)을 사용하여 평가했습니다. 이 단계에서 이미 다양한 박테리아 프로필이 근육 기능에 각기 다른 방식으로 영향을 미친다는 것이 명확해졌습니다. 위장관 및 대변 미생물총의 비교 분석 결과, 장 내강의 구성이 "분변"보다 더 다양하고 근력 지표와 더 정확하게 연관되어 있음을 보여주었습니다. 다양한 종 중에서 L. johnsonii, L. reuteri, Turicibacter sanguinis는 통계적으로 일관되게 "떠올랐습니다". 처음 두 저자는 기능 시험을 위해 이 방법을 선택했습니다.

다음으로, 12개월 된 생쥐를 대상으로 직접 실험을 진행했습니다. 짧은 장내 살균 후, 3개월 동안 매일 L. johnsonii, L. reuteri 또는 이들을 조합하여 투여했습니다. 그 결과, "박테리아" 군에서 로타로드와 현탁액 투여 시간이 첫 달부터 증가했으며, 조합 투여 시 가장 두드러진 역동성을 보였습니다. 조직학적으로, 섬유(가자미근, 비복근, 손가락 장신근)의 횡단면적이 대조군보다 컸습니다. 동시에, 전체 체중은 감소하고 근육량은 증가하여 체성분이 개선되었음을 나타냈습니다. mRNA 발현 수준에서 L. johnsonii 군의 폴리스타틴은 거의 두 배로 증가했고, IGF-1 또한 모든 "박테리아" 군에서 더 높았습니다.

왜 이것이 필요할까요?

나이가 들면서 근력과 근질 저하(근감소증)가 나타나고, 낙상, 골절, 독립성 상실 위험이 증가합니다. "장-근육 축"이라는 개념은 오랫동안 논쟁의 여지가 있었지만, 본 연구에서는 특정 균주에 대한 직접적인 기능적 증거를 제시합니다. L. johnsonii와 L. reuteri는 단순히 운동 능력 향상과 관련이 있는 것이 아니라, 실험에서 근력과 근육 형태를 개선하는 것으로 나타났습니다. 저자들은 이러한 효과가 단쇄 지방산 생성 및 미토콘드리아 기능 조절부터 근육 성장 경로(FST/IGF-1을 통한) 조절까지 여러 경로를 통해 동시에 나타날 수 있다고 제안합니다.

과학의 새로운 소식(그리고 "파워 필"에 대한 주의 깊은 내용)

• 균주 자체가 중요합니다. 우리가 말하는 것은 "일반적인 프로바이오틱스"가 아니라, 두 가지 행동 검사를 통해 독립적으로 확인되고 감별 분석(DESeq2)을 통해 동정된 두 가지 특정 균주에 대한 것입니다.
• 한 쌍의 조합으로 얻을 수 있는 상승효과: L. johnsonii와 L. reuteri를 병용 투여한 결과 근력과 섬유질 면적 모두에서 가장 큰 이득을 얻었으며, 이는 다양한 균주를 혼합한 제품의 가능성을 시사합니다.
• 장은 대변보다 더 중요합니다. 위장관 미생물총 "초상화"는 대변 샘플보다 더 많은 정보를 제공하며, 이는 향후 설계 전략에 대한 실질적인 힌트가 됩니다.

작동 원리(저자의 가설)

토론에서 연구자들은 향상된 근육 기능을 다음과 같은 것과 연관시켰습니다.

• 근육의 미토콘드리아 정상화 가능성(이전에 기술한 이 종에 대한 연구에서 시토크롬 C에 의한 손상 감소)
• 근육의 동화작용과 신진대사를 개선하는 단쇄지방산의 생성 증가
• 성장 촉진 경로의 활성화 - FST(미오스타틴 길항제)와 IGF-1의 성장.
  이러한 요인들의 조합은 섬유의 강도와 산화 잠재력을 높이는 방향으로 균형을 변화시킬 수 있습니다. 이러한 메커니즘은 대사체학, 전사체학, 단백질체학 등 "오믹스" 수준에서 자세히 규명되어야 합니다.

주의하세요

이것은 마우스 모델이므로, 결과를 "있는 그대로" 인간에게 적용하는 것은 시기상조입니다. 저자들은 오가노이드와 생체 외 모델부터 집단 및 임상 시험에 이르기까지 인간에서의 시험 필요성을 명시적으로 기술했습니다. 또한, 효과가 장기 투여(수개월)에 따라 달라졌다는 점과 동물에서 미생물총의 초기 변화가 적극적인 위생 관리를 통해 이루어졌다는 점도 중요합니다. 이는 임상에서 우리가 하는 일이 아닙니다. 마지막으로, 이 연구에서 세 번째로 흔히 "동반"으로 언급되는 Turicibacter sanguinis는 기능적 검증을 거치지 않았지만, 그 농축이 지속적으로 강도 증가와 일치했으며, 이는 향후 실험의 잠재적인 목표가 될 수 있습니다.

이것은 오늘날 "실제로" 무엇을 의미할까요?

• "모든 프로바이오틱스" 보충제는 L. johnsonii 및 L. reuteri 보충제와 동일하지 않습니다. 실제 제품 구성은 매우 다양합니다.
• "근육감소증 방지" 프로바이오틱스를 개발하기 위해서는 근력 평가 기준(역량계 그립, 일어서서 걷기 테스트, 걷기 속도), 근육 형태 측정법 및 대사 지표를 포함한 인간 RCT가 필요합니다.
• 가설이 입증된다면, 대상은 명확합니다. 고령층, 고정 후 근감소증/근력 약화 위험이 있는 환자, 그리고 재활 단계에 있는 운동선수들이 대상입니다. 현재로서는 흥미로운 전임상 연구이며, 신중하게 설계된 임상시험의 기반이 될 것입니다.

출처: 안재선, 김명수, 한은주, 홍성수, 정형주. 근력 향상에 영향을 미치는 장내 미생물 발견. Scientific Reports. 2025;15:30179. https://doi.org/10.1038/s41598-025-15222-2