뇌-장-축 가설 (파킨슨병)
파킨슨병 생쥐 모델에서 확인된 뇌장축 이론
자폐 스펙트럼 장애, 파킨슨병, 치매는 모두 환자 당사자뿐만 아니라 사회적으로도 비용이 심각한 뇌 질환이다. 원인도 아직 정확히 모르고 치료제도 마땅히 없지만, 이들 질환의 공통의 특징은 환자들이 위장관의 여러 불편함을 호소한다는 점. 최근의 많은 연구를 통해, 뇌의 질환이 소화기관, 특히 대장의 미생물 생태계인 마이크로바이옴(microbiome)과 깊은 관련이 있을 것이라는 근거가 많이 발표되고 있다. 뇌와 장이 긴밀하게 연결되어 있다는 의미에서, 이를 뇌장축 (Brain-Gut-Axis) 또는 반대로 장뇌축 (Gut-Brain-Axis)이라 부른다. 그렇다면 실제로 과연 뇌가 장에 영향을 주는 걸까? 아니면 반대로 장이 뇌에 영향을 줄까? 최근에 뇌장축 이론을 지지하는 경희대 약대의 오명숙 교수팀의 연구 결과가 발표되어 이를 여기에 소개한다.
파킨슨병은 도파민이라는 신경 물질을 분비하는 뇌의 신경세포가 죽으면서, 느린 운동, 정지 시 떨림, 근육 강직, 질질 끌며 걷기, 굽은 자세 등이 나타나는 퇴행성 신경 질환이다. 과학자들은 파킨슨병의 원인과 치료법 개발을 위해 동물 모델을 사용하는데, 이때 흔히 사용되는 독소가 6-하드로도파민 (6-hydroxydopamine; 짧게 6-OHDA)이다. 이 독소를 생쥐의 뇌에 주사하면, 도파민을 분비하는 세포가 사멸하면서, 생쥐는 파킨슨병을 앓는 환자와 비슷한 증상을 보이게 된다. 즉 정상적인 생쥐에 이 독소를 주사하면 파킨슨병에 걸리게 되는데, 연구진은 이 과정에서 뇌가 장에 영향을 주는지 확인이 가능하다는 점에 착안했다.
연구진은 독소를 주사한 쥐 (파킨슨병군)와 처리하지 않은 쥐(대조군)를 비교했는데, 결과를 보면
1) 두 그룹의 마이크로바이옴의 전반적인 종 다양성의 정도는 차이가 나지 않았다.
2) 하지만 종의 구성에는 유의한 차이가 있었다. 특히 정상 대조군과 비교하면, 파킨슨병 유도 생쥐에서는 유산균의 일종인 락토바실러스 가세리 (Lactobacillus gasseri)와 락토바실러스 루테리 (Lactobacillus reuteri)가 크게 줄고, 박테로이데스 엑시디패시엔스 (Bacteroides acidifaciens)가 늘어났다.
오명숙 교수팀이 실시한 파킨슨병 유도 생쥐에서 3개의 종이 늘어나거나 줄어든 것으로 밝혀졌음.본 연구의 의미는?
본 연구에서는 인위적으로 병을 발생시키긴 했지만, 동물에서 파킨슨병이 발생하면, 대장의 미생물 구성이 바뀐다는 뇌장축을 실제로 보여줬다는 점에서 의미가 있다. 하지만 생쥐와 사람의 마이크로바이옴의 구성이 달라 본 연구의 결과를 바로 사람에 적용하기에는 무리가 따를 것이다. 예를 들어 이번 연구에서 파킨슨병 생쥐에서 늘어난 유산균인 락토바실러스는 사람의 경우에는 오히려 환자에서 늘어났다는 보고도 있다(Gerhardt_2018; Hill-Burns_2017). 생쥐의 경우엔 락토바실러스는 중요한 상재 균이지만, 사람은 성인의 경우 김치나 요구르트 등의 발효식품 등을 통해 장으로 들어와서 일정 기간 후에 대변으로 빠져나가는 ‘나그네 균’에 해당한다 (스탠퍼드대 소넨버그 교수의 The Good Gut을 참조하길 바람).
독소를 주사해서 파킨슨병을 유도한 생쥐의 장에서 늘어난 박테로이데스 엑시디패시엔스는 흥미롭게도 2016년 울산의대 권미나 교수팀의 연구에서는 쥐에서 비만과 당뇨를 치료할 수 있는 가능성을 보여준 종이기도 한다. 이 종은 이번 연구와 권미나 교수팀의 연구 모두에서 필자가 창업한 천랩의 B2B 솔루션인 EzBioCloud 데이터베이스와 클라우드 분석 시스템이 사용되었다. 마이크로바이옴을 구성하는 세균의 종과 균주 단계로 정확히 분류가 가능한 정밀 분류 디스커버리 플랫폼 (Precision Taxonomy Discovery Platform)에 기반한 이 클라우드는 전 세계적으로 3만 명 이상의 연구자가 사용하고 있으며, 매일 천 명 이상이 방문하고 있다. 지금까지 EzBioCloud를 이용하여 발표된 논문이 7천여 편에 이른다. 특히 더 많은 훌륭한 연구 성과가 국내에서 나오길 기대해본다.
글로벌 서비스를 통해 매시간 많은 수의 유저가 EzBioCloud를 사용하고 있다. 시간은 한국 시간임.장내 미생물은 비만, 당뇨, 아토피, 크론병, ADHD, 치매, 파킨슨, 암 등 많은 질병과 연관되어 있습니다. 장내 미생물을 위한 건강한 식단에 대해서 네이버 카페 <바이크로바이옴식탁>에서 자세히 원리과 실천 방법을 알려드리고 있으니 방문해주세요.
여기서 소개된 연구는 다음의 논문을 통해 발표되었음.
Choi JG, Huh E, Kim N, Kim D-H, Oh MS (2019) High-throughput 16S rRNA gene sequencing reveals that 6-hydroxydopamine affects gut microbial environment. PLoS ONE 14(8): e0217194.
사진: 파킨슨병 환자, wikipedia
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