인간이 특정 음식을 갈구하는 현상이 단순한 심리적 요인이 아닌 장(腸)과 뇌 사이의 정밀한 통신 체계에 의한 결과임이 입증되었다. 기초과학연구원(IBS)은 장이 단백질 부족을 감지해 뇌에 즉각적인 섭취 신호를 보내는 ‘장-뇌 축’의 작동 원리를 세계 최초로 규명하였다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스’에 게재되며 비만과 대사질환 치료의 새로운 전기를 마련하였다.

인간의 신체가 특정 영양소를 선택적으로 갈구하는 행위는 생존을 위한 고도의 전략적 선택임이 과학적으로 증명되었다. 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장 연구팀은 서울대 및 이화여대 연구팀과 공동으로 장이 몸속 단백질 부족을 감지해 뇌에 전달하는 신경·호르몬 조절 원리를 밝혀냈다. 이는 장이 단순한 소화기관을 넘어 영양 상태와 미생물 정보를 감지해 식욕과 면역을 조절하는 ‘제2의 뇌’로서 기능함을 다시 한번 확인한 결과이다.

연구팀은 초파리와 생쥐 모델을 통해 장 상피세포가 음식 내 필수 아미노산 결핍을 인지하는 과정을 정밀 추적하였다. 단백질이 부족해지면 장에서는 ‘CNMa’라 불리는 2~50개의 아미노산 조각인 펩타이드 호르몬이 분비된다. 이 호르몬은 뇌에 도달하기 전 신경 회로를 통해 즉각적인 신호를 전달하여 동물이 단백질 음식을 우선적으로 선택하도록 유도한다.

신호 전달 체계는 속도에 따라 이중 구조로 작동하며 생존 효율성을 극대화하는 것으로 나타났다. 신경망을 통한 빠른 신호가 즉각적인 섭취 행동을 이끌어내면 이후 혈액 순환계를 타고 느리게 전달된 CNMa 호르몬이 단백질 선호 상태를 장기간 유지시킨다. 이 과정에서 연구팀은 CNMa 신호가 탄수화물 섭취를 촉진하는 뉴런의 활성을 동시에 억제한다는 사실을 추가로 확인하였다.

특정 영양소에 대한 선택적 섭식 행동은 단순히 전체 식사량을 늘리는 것이 아니라 영양소 간의 균형을 맞추는 정밀한 제어 시스템에 의해 이루어진다. 연구팀은 이러한 메커니즘이 초파리 같은 하등 동물뿐만 아니라 포유류인 생쥐에게서도 동일하게 작동함을 입증하였다. 특히 간에서 분비되어 단백질 결핍에 관여하는 것으로 알려진 기존의 FGF21 호르몬과는 완전히 독립적으로 작동하는 새로운 조절 체계라는 점이 주목할 만하다.

서성배 IBS 단장은 "동물은 미각을 없애도 에너지를 고갈시키면 영양분이 있는 설탕물을 분간해낼 만큼 장을 통한 인지 능력이 탁월하다"고 설명하였다. 또한 서 단장은 "비만과 식욕을 조절하는 약물 대부분이 장 호르몬 신호를 활용하지만 자연 분비 호르몬이 뇌와 행동에 미치는 상세 경로는 그간 베일에 싸여 있었다"며 이번 연구의 권위를 강조하였다.

다만 이번 연구 결과가 실제 인체 임상 현장에 즉각적으로 적용되기 위해서는 추가적인 검증 단계가 필요하다는 신중한 시각도 존재한다. 초파리와 생쥐 모델에서 확인된 장-뇌 축의 작동 원리가 인간의 복잡한 식습관과 사회적 환경 요인 속에서도 동일한 지배력을 가질지에 대해서는 학계의 후속 연구가 뒷받침되어야 한다. 기계적 중립성 측면에서 볼 때 실험실 수준의 성과가 상업적 치료제로 전환되는 과정에서의 불확실성을 간과해서는 안 된다.

향후 이번 연구는 글로벌 제약 시장에서 주목받는 비만 치료제 GLP-1 작용제의 효율성을 개선하는 데 결정적인 단서를 제공할 것으로 전망된다. 현재의 GLP-1 치료제는 체내 안정성을 높여 뇌에 직접 작용하게 설계되었으나 장-뇌 축 신경 경로를 직접 조절하는 방식이 도입될 경우 부작용을 줄인 새로운 대안이 될 수 있다. 이는 식이 행동 장애와 대사 질환을 앓는 환자들에게 보다 정밀한 치료 옵션을 제공하는 기반이 될 것이다.