노화와 심장병에서 장내 미생물의 중요한 역할 밝혀낸 연구 결과

최근 Nature Medicine 에 발표된 연구에 따르면, 중국 과학자 그룹은 21가지 대사 매개변수를 기반으로 대사 다중질환 클러스터에 대한 전향적 분석을 실시하여 대사와 연령에 관련된 장내 미생물 군집 특징을 조사하고 대사, 연령, 장기적인 심혈관 질환 위험 간의 관계를 더 잘 이해했습니다.

심혈관 질환은 전 세계 사망 원인의 주요 원인이며, 대사 장애와 연령은 밀접한 관련이 있어 심혈관 질환 위험을 크게 증가시키는 것으로 알려져 있습니다. 대사 장애는 나이가 들면서 더욱 복잡해지고 유병률이 높아지며, 고령자의 경우 심혈관 질환은 일반적으로 복합 질환의 맥락에서 발생합니다.

다양한 인구 집단에서 장내 미생물군 다양성과 관련된 노화 패턴에 대한 증거가 증가함에 따라, 장내 미생물군 다양성은 면역과 신진대사를 연결하고, 연령에 따른 변화를 겪으며, 건강한 노화의 기저가 될 수 있음을 시사합니다. 연구에 따르면, 장내 미생물군 다양성이 낮고 특정 분류군의 다양성이 증가하면 건강한 노화가 촉진되는 것으로 나타났습니다. 그러나 장내 미생물군, 신진대사, 그리고 연령 간의 상호작용 패턴과 이러한 상호작용이 심혈관 건강에 미치는 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다.

이 연구에서 연구진은 특정 대사 매개변수를 기반으로 다중 질환 군집을 정의하고, 연령과 관련된 장내 미생물군 특징을 조사했습니다. 이후, 장내 미생물군 특징의 변화와 연령과 관련된 55종의 미생물 종을 기반으로 미생물 연령(microbe age)의 개념을 정의하고, 이를 활용하여 특정 다중 질환 군집에서 장내 미생물군 구성과 미생물 연령의 역할을 규명했습니다.

초기 코호트에는 40세에서 93세 사이의 성인이 포함되었습니다. 인구통계학적 특성, 병력, 대사 변수, 그리고 음주, 흡연, 신체 활동과 같은 생활 습관 요인에 대한 데이터는 2010년과 2014년에 수집되었습니다. 추적 관찰 데이터에는 심혈관 질환 발생에 대한 정보가 포함되었습니다. 이스라엘, 네덜란드, 프랑스, 독일, 미국, 영국의 네 가지 대변 메타유전체 데이터세트가 검증 코호트로 사용되었습니다.

21가지 대사 지표로 구성된 대사 다중상병 클러스터는 심혈관 질환 발생 위험과 관련이 있었습니다. 해당 지표에는 체중, 키, 허리둘레, 고밀도 지단백(HDL-C) 및 저밀도 지단백(LDL-C), 아폴리포단백 A-1, 총 콜레스테롤, 공복 인슐린 수치, 아폴리포단백 B, γ-글루타밀 전이효소, 아스파르트산 아미노전이효소, 알라닌 아미노전이효소, 내당능, 요산, 중성지방, 당화혈색소(HbA1c), 공복 혈장 포도당이 포함되었습니다.

이러한 매개변수를 기반으로 건강한 대사 프로필을 포함한 5가지 대사 다중병 클러스터와 낮은 HDL-C 및 아폴리포단백질 A1, 높은 LDL-C, 아폴리포단백질 B 및 총 콜레스테롤, 인슐린 저항성, 비만, 간 효소 상승 및 고혈당이 있는 클러스터가 식별되었습니다.

모든 참가자의 대변 샘플을 채취하고 추출된 DNA를 이용하여 메타게놈 시퀀싱을 수행했습니다. 메타게놈 데이터는 기존 코호트의 메타게놈 프로파일링에 사용되었습니다.

참가자들을 두 연령대(60세 미만 또는 60세 이상)로 나누고, 건강에 해로운 네 가지 복합질환 군집에 대한 심혈관 질환 위험비를 건강한 대사 프로파일 군집과 비교하여 계산했습니다. 또한, 젊은 연령대와 고령 연령대에 대한 심혈관 질환 위험비도 계산했습니다.

환경 요인과 숙주 요인이 장내 미생물군집에 미치는 영향을 평가하고, 장내 미생물군집의 고유성 및 다양성 지수를 계산했습니다. 이어서 장내 미생물군집의 연령 및 대사 관련 특징을 분석하고, 대사, 미생물군집 연령, 그리고 심혈관 질환 위험 간의 연관성을 확인했습니다.

연구 결과, 건강한 대사 프로파일 군과 비교했을 때, 고혈당 및 비만 군에서 11.1년 동안 심혈관 질환 발병 위험이 각각 117%와 75% 더 높은 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 검증 코호트에서 확인되었습니다.

또한, 대변 메타유전체 데이터는 장내 미생물군 구성이 연령 및 복합질환 클러스터와 관련이 있음을 보여주었습니다. 60세 이상 인구 중 고혈당 및 비만 클러스터와 관련된 심혈관 질환 위험 증가는 미생물 연령이 높은 개인에서 더 높았고, 미생물 연령이 낮은 개인에서 더 낮았으며, 이는 성별, 연령, 식이 요인 또는 생활 습관과 무관했습니다.

Prevotella 종의 풍부함이 감소한 것을 특징으로 하는 젊은 미생물 연령은 약물 사용, 식단 요인, 교육 수준, 성별, 연령 또는 생활 방식과 관계없이 건강에 해로운 대사 클러스터로 인해 노인의 CVD 위험 감소와 관련이 있었습니다.

이 연구에서는 박테로이데스(Bacteroides) 종의 현저한 감소와 엔테로박테리아세아(Enterobacteriaceae) 및 연쇄상구균(Streptococcus)과 같은 통성 혐기성 세균의 독특성과 풍부함 증가 등 연령에 따른 장내 미생물군집의 뚜렷한 특징을 발견했습니다. 이러한 염증 유발 경로와 미생물 노화 패턴의 증가는 연령에 따른 면역, 소화, 그리고 생리 기능 저하와 관련이 있는 것으로 보입니다.

결론적으로, 본 연구는 장내 미생물군 구성과 다양성, 연령 및 대사 간의 상호작용, 그리고 심혈관 질환 위험과의 연관성을 분석했습니다. 장내 미생물군 구성은 연령 및 대사 복합질환(metabolic multimorbidity) 변수와 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

또한, 장내 미생물 군집의 구성을 기준으로 볼 때, 미생물 연령이 어릴수록 대사 기능 장애와 관련된 심혈관 질환의 위험이 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 장내 미생물 군집이 대사 기능 장애가 있는 노인의 심혈관 건강을 조절한다는 것을 시사합니다.