장(腸) 살리기
장 내 미생물군의 영향과 역할
- 장 내 미생물군은 인간의 건강을 유지하는데 매우 중요한 역할
- 장 내 미생물군은 인간 질병의 진행과 발달에 관여: 대사질환 및 염증성 장애, 당뇨병, 암, 우울증, 뇌(신경성)질환, 유아 건강 및 수명 등 많은 질병에 관여
- 제2형 당뇨병(T2D)은 세계적으로 흔한 대사 질환 중 하나
- 이환율과 사망률의 증가로 인해 전 세계적인 건강 문제화
- 현재까지 T2D는 여전히 치료할 수 없으며 개입 조치는 주로 포도당 조절관련 합병증의 예방 및 치료에 중점을 둠
- 장 내 미생물군은 대사 질환, 특히 T2D의 발달에 중요한 역할
장 내 미생물군의 영향과 관련 질병
수십억 개의 미생물이 인간과 함께 진화했으며 계속해서 인간과 함께 살고 있다. 과학 기술의 급속한 발전으로 미생물과 숙주 사이에 대한 새로운 지식과 통찰력을 갖게 되었다. 특히 비만, 고혈압, 심혈관 질환, 당뇨병, 암, 염증성 장 질환, 통풍, 우울증, 신경계질환, 수명 등을 포함하는 주요 인간 질병의 진행 및 발달에 관여하는 장 내 미생물군의 역할과 메커니즘에 대한 연구보고서가 빠른 속도로 증가하면서 장 내미생물의 영향과 역할이 밝혀지고 있다.
장 내 미생물이 대사에 미치는 메카니즘
장내 미생물이 대사 질환과 제2형 당뇨병(T2D)에 기여하는 다중 분자 메커니즘에 의하면 Microbiota는 염증을 조절하고, 식이 성분과 상호 작용하며, 내장 투과성, 포도당 및 지질 대사, 인슐린 감수성 및 포유류 숙주의 전반적인 에너지 항상성에 영향을 미친다.
[출처: https://doi.org/10.3390/nu12082189]
그림 설명 : 인간 T2D와 관련하여 일관되게 발견되는 박테리아 분류군의 대사에 대한 잠재적 영향에 대한 네트워크 분석
장 내 미생물이 대사에 미치는 영향 (장 투과성과 마이크로바이옴)
- 장상피 장벽(Intestinal epithelial barrier, IEB)은 신체에서 내부 부분을 환경과 분리하는 가장 큰 표면을 가지고 있다. IEB의 주요 역할은 영양소 흡수와 외부 병원균에 대한 첫 번째 방어선 역할이다.
- 장의 점액 표면은 중요한 투과성 조절 인자로 영양분 생산, 병원균 제거 및 장 건강의 전반적인 유지에 도움이 되는 공생 미생물총에 의해 군집화 된다.
- 위장관을 통과하는 음식은 장내 마이크로바이옴의 미세 환경과 IEB에 막대한 영향을 미친다.
- 음식은 장내 미생물 군집에 필수적인 영향을 미치며 산업화 지역과 비산업화 지역 사이에는 식습관의 차이가 있다. 도시화된 식단은 섬유소의 감소, 설탕 소비 증가, 육류 및 지방 섭취 증가로 이어진다.
- 식이 섬유는 장내 미생물 분해의 기질인 소화되지 않는 탄수화물 중합체이다. 섬유질의 발효성, 용해도 및 점도는 미생물군에 의한 신진대사에 영향을 미치는 주요 요인이다. 셀룰로오스와 같은 불용성 섬유질은 통과 시간을 증가시켜 장내 미생물 군집에 좋은 영향을 미치며, 다양한 식이섬유는 서로 다른 유기체의 상대적인 풍부함을 증가시켜준다.
- 육류가 풍부한 가공 식품의 장기간 섭취는 장내 미생물 군집에서 전염증 조절을 유도(심혈관 질환과 신부전의 위험 요소) *기타 유해 요소: 무기나노입자, 소금, 식품첨가물 등
- 신바이오틱스(Synbiotics=Prebiotics+Probiotics)와 포스트바이오틱스(Postbiotics)를 포함한 음식을 규칙적으로 섭취하면 항산화, 항암, 항염증, 신진대사 안정화 및 항고혈압, 항당뇨, 면역조절 등의 다발성 효과가 있다. 특히, 미생물 대사산물인 포스트바이오틱스의 사용은 좋은 치료 및 예방법으로 살아있는 미생물을 포함하지 않기 때문에 섭취와 관련된 위험이 최소화된다.
Pro-Post-Prebiotics 면역체계
[출처: https://doi.org/10.3390/vaccines9020136]
그림설명 : Pro-Post-Prebiotics로 장 환경을 조절하면 노인 및 선천성 및 후천성 면역이 향상된다.
①프로바이오틱스 섭취는 짧은 사슬 지방산 (SCFA)과 같은 면역 세포에 의해 노인의 비피도박테리움 개체수를 증가시키고, 자연살해(NK) 세포의 활성을 증가시켜 선천면역반응을 증강시키며, 세포간 상호작용과 생리활성 대사체 분비를 통해 인플루엔자 항원에 대한 혈청 항체 역가를 증가시킨다.
②포스트바이오틱스는 노인의 인플루엔자 항원에 대한 혈청 항체의 활성화 및 분비를 촉진함으로써 백신의 효과를 증가시킨다.
③프리바이오틱스는 장내 유익한 미생물의 성장을 촉진하는 자극제 역할을 한다. 이로 인해 유익한 미생물의 세포 상호 작용 및 생체 활성 대사 산물을 통해 숙주 면역 반응을 활성화하여 인플루엔자에 대한 항체 생산 및 선천적 면역 반응을 증가시킨다.
Postbiotics 역할
[출처: https://doi.org/10.3390/nu12082189]
그림 설명 : 포스트바이오틱스의 작용 메커니즘. Postbiotics는 다발성 특성을 나타낸다.
T 조절 림프구의 분화 유도 및 항염증성 사이토카인의 합성으로 인해 포스트바이오틱스는 Th1 및 Th2 림프구로 대표되는 면역계의 두 주요 팔 사이의 불균형을 회복시킨다. Th1과 Th2 림프구 사이의 균형은 면역 조절에 필수적이며 그 교란은 아토피 질환을 비롯한 다양한 면역 질환을 유발한다. 항균 활동은 장 세포의 분자 구조에 대한 Postbiotics의 영향에 의해 매개되어 장 장벽을 밀봉하는 결과를 낳는다.
장 내 미생물과 다양한 기관 사이에 미치는 영향 관계도
장 내 미생물이 장에 미치는 영향(염증/대사질환)
장내 미생물군과 숙주 사이의 혼선이 국소 또는 전신 면역 및 염증을 조절하고, 이는 다시 T2D 발병에 기여한다. 이 과정에서 장 장벽은 장 내용물로부터 신체를 보호하며, 그 기능 장애는 박테리아 또는 박테리아 생성물의 누출을 증가시켜 만성 염증 및 대사 질환을 유발시킨다.
건강한 장 장벽의 구성요소와 장벽 손상의 잠재적 메커니즘
장 상피 장벽은 점액층, 상피 세포 및 세포간 접합부의 외부 및 내부 층으로 구성되며, 건강한 단계에서 외부 점액층은 장 내강에서 미생물을 포함하는 3차원 네트워크를 형성한다.
출처: https://doi.org/10.3389/fnut.2022.718710
섭취 식품(약품)이 장 내 미생물에 미치는 영향
장내 미생물에 중대 영향을 미치는 약제(가능한 섭취 배제)
- 삼투성 완화제(변비약)
- TNF-α 억제제(자가면역질환 치료제, 류마티스 관절염약 등)
- 루파타딘(항히스타민제: 알레르기 비염약 등)
- 장내 미생물군은 식이 섬유 및 내인성 장 점액과 같은 소화 불가능한 기질의 발효에 필수적인 능력을 제공한다.
- 장내 미생물군은 비만의 발달과 진행에 중요한 역할을 하며, 과체중 및 비만인의 대부분은 낮은 미생물 다양성과 장내 세균불균형을 보여준다.
- 장내 미생물 불균형은 면역 조절 장애, 에너지 조절 변경, 장 호르몬 조절 변경, 염증 유발 원인을 제공한다.
- 장내 미생물 다양성은 건강한 장의 좋은 지표, 다양성이 떨어지면 염증성 질환, 관절염, 당뇨병, 아토피성 습진, 비만, 혈관질환 등 확율이 높아짐.
- 낮은 FODMAP 다이어트: 과민성 대장 증후군의 증상 감소.
- 발효식품(콩, 과일 및 야채 효소): 병원체에 대한 잠재적 보호, SCFA 생산 증가 및 TMAO 생산 감소.
- 고강도 감미료(아스파탐, 사카린)은 장내 미생물의 균형과 다양성을 방해하는 것으로 확인됨.
- 가공 식품에 사용되는 유화제와 같은 식품 첨가물도 동물의 장내 미생물에 영향을 줌(염증 등).
- 채식, 유기농식, 글루텐 프리 밀 사용 음식, 낮은 FODMAP(발효성 올리고당, 이당류, 단당류 및 폴리올)는 과민성 대장증후군 치료 도움.
용어 해설
FODMAP = 발효성 올리고당류, 이당류, 단당류 및 폴리올;
SCFA = 작은 사슬 지방산; TMAO= 트리메틸아민 N-옥사이드