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◈요약문

최근 20년 간 진행되어온 장내 미생물총에 대한 실험들을 통해 장내 미생물총이 숙주의 신진대사에 영향을 미치다는 사실이 명확해 졌으며, 장내 미생물총의 불균형 및 다양성의 감소가 비만, 제2형 당뇨병, 비알콜성 간질환, 심장대사질환, 영양실조 등 여러 종류의 대사 질환을 일으킬 수 있다는 사실이 밝혀짐에 따라 장내 미생물총에 대한 이목이 집중되고 있다. 최근에는 초고속(high-throughput) 분자생물학 분석 기술 및 빅데이터 처리 기술들이 개발되면서 분자 수준에서 장내 미생물총의 생산 물질이 숙주의 신진대사에 미치는 영향에 대한 기작을 밝히는 연구가 가능해졌으며, 세포, 동물, 사람 등 다양한 모델들을 대상으로 연구들이 진행되고 있다. 본 리뷰에서는 이에 대한 최신 연구 동향을 다루었으며, 이들을 바탕으로 이 분야에 대한 향후 연구 방향을 제시하였다.

키워드: 장내 미생물총, 대사 질환

분야: Immunology, Microbiology, Physiology

본 자료는 Gut microbiota in human metabolic health and disease. Nat. Rev. Microbiol. 19, 55–71 (2021). 의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

 

◈목 차

 

1. 서론

2. 건강한/ 균형적인 장내 미생물총

3. 장내 미생물총의 다양성 감소

4. 대사 질환 환자의 장내 미생물총

  4.1. 비만인 사람의 장내 미생물총

  4.2. 제2형 당뇨병/전당뇨병과 장내 미생물총 불균형의 연관성

  4.3. 심장 대사 질환과 장내 미생물총 불균형의 연관성

  4.4. 대사성 간 질환 환자의 장내 미생물총의 불균형

  4.5. 영양실조로 인한 장내 미생물총의 불균형

5. 박테리아의 산물이 숙주의 신진대사에 미치는 영향

  5.1. 체내 에너지 항상성 및 지방과다증에 관여하는 장내 미생물총

  5.2. 인슐린 감수성 및 내분비계에 관여하는 장내 미생물총

6. 결론 및 향후 연구 방향성

 

 

1. 서론

 

 

지금까지 보고된 수많은 연구 결과들에 의하면, 우리 인간의 건강은 피부 표면, 체강 등 인체의 다양한 부위에 서식하는 여러 종류의 미생물(예: 박테리아, 고세균, 박테리오파지, 바이러스, 균류 등)에 의해 영향을 받는다. 인체에 서식하는 미생물들 중 대부분이 장에 위치하는 장내 미생물로, 이들의 유전자 총체 이른바 ‘마이크로바이움(microbiome)’은 인간 유전체보다 10배 많다. 장내 미생물총의 구성과 질병들의 인과관계에 대한 연구가 시작한 이래로 연구자들은 서로 대립되는 두 개의 의견을 두고 논쟁을 펼쳐왔으나, 2004년 실험용 쥐를 통해 장내 미생물총이 숙주가 섭취한 음식으로부터 에너지를 생산하고 저장한다는 현상이 처음 관찰됨에 따라 장내 미생물총의 불균형은 질병으로 인한 결과가 아니라 질병의 원인이라는 가설이 받아들여졌다. 이후 지속된 연구들을 통해 장내 미생물은 수많은 화학 반응을 거쳐 숙주가 섭취한 음식물들을 분해하여 다양한 물질들을 생산함으로써 숙주의 면역체계, 내분비계, 신경계 등 여러 기관계에 영향을 준다는 사실이 밝혀졌다.

 

 

오늘날 과다한 영양 섭취, 좌업 생활의 보편화, 담배 중독 등의 생활 습관들로 인해 신진대사 활동이 저하됨에 따라 많은 사람들이 조기 사망의 원인으로 지목되는 비만(diabetes), 비알콜성 간질환(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD), 제2형 당뇨병(type 2 diabetes, T2D), 심장대사질환(cardio-metabolic disease, CMD) 등의 대사 장애를 겪고 있다. 이와 같은 대사 질환들은 병리학적인 차이가 있음에도 불구하고, 장내 미생물총의 기능 및 조성에 영향을 받는다는 공통성을 지니고 있다. 본 리뷰에서는 장내 미생물총이 영향을 미치는 인체의 기관계 중에서 소화계에 초점을 맞췄다. 리뷰의 초반부에서는 장내 미생물의 불균형과 장내 미생물의 생산물들이 대사 질환에 미치는 영향에 대해 다루었으며, 후반부에서는 지금까지 밝혀진 장내 미생물에 대한 연구들을 바탕으로 개발된 장내 미생물 기반 대사 질환 치료법들을 언급하였고, 장내 미생물에 대한 향후 연구 방향성을 제시하였다.

 

 

2. 건강한/ 균형적인 장내 미생물

 

유아의 장내 미생물총의 조성은 출산 및 모유 수유의 방식에 의해 크게 영향을 받으며, 성장하는 동안 점점 안정적으로 유지되었다가, 노화가 진행되면 면역 기능의 장애로 인해 다양성이 변하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 건강한 사람들의 장내 미생물총은 질병을 앓고 있는 환자들의 장내 미생물총에 비해 다양성이 높지만, 건강한 사람들이라 할지라도, 연령, 성별, 노출된 환경, 유전적 배경 등에 따라 고유의 장내 미생물총을 가지고 있다. 즉, 건강한 사람들이 공통적으로 보유하고 있는 이상적인 장내 미생물총이란 존재하지 않는다.

 

 

3. 장내 미생물총의 다양성 감소

 

 

선진국 사람들의 장내 미생물총의 다양성은 전통적인 생활 방식으로 살아가는 사람들(예: 동아프리카, 아마존 거주민)의 장내 미생물총의 다양성에 비해 낮다. 선진국의 도시화로 인한 향상된 하수 처리 시설, 위생 시설, 주거 시설, 항생제의 사용 등이 장내 미생물총의 다양성을 감소시키는 원인으로 지목되고 있으며, 특히 항생제로 인한 장내 미생물총의 다양성 감소는 여러 실험을 통해서 확인된 바 있다. 예를 들어, 출산 혹은 유년기 시절에 항생제를 복용하는 경우 장내 미생물총의 조성이 변하며, 성인의 경우에도 광범위하게 작용하는 항생제를 단기간 투여하는 경우 장내 미생물총의 다양성 감소 현상이 장기간 지속된다. 하지만, 항생제 복용으로 인한 장내 미생물총의 다양성 감소와 대사질환 사이의 직접적인 상관관계는 아직까지 확인된 바 없으며, 이를 바탕으로 연구자들은 항생제의 복용이 장내 미생물총과 신진대사에 미치는 영향은 사람의 유전자 배경에 의존적일 것이라 생각하고 있다.