갑자기 고기 당기는 이유…"장이 음식 속 단백질 부족 알려줘"

우리가 고기가 '당기는' 이유가 장이 음식 속 단백질 부족을 인식하고 뇌에 즉각 신호를 줘 단백질 섭취를 유도하기 때문이라는 것을 국내 연구진이 밝혀냈습니다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(IBS) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장 연구팀이 서울대, 이화여대 공동 연구팀과 함께 몸속 단백질 부족 신호를 감지한 장이 뇌에 신호를 전달해 필수 아미노산 단백질을 우선 섭취하게 만드는 장-뇌 축 작동 원리를 규명했다고 오늘(22일) 밝혔습니다.

이번 연구는 최고 권위 국제학술지 '사이언스'에 발표됐습니다.

장은 단순 소화기관을 넘어 몸속 영양상태와 음식 성분, 미생물, 병원균 등 다양한 정보를 감지하고 장 분비 호르몬을 통해 혈당, 식욕, 면역 등을 조절하는 '제2의 뇌'로도 불립니다.

특히 장과 뇌는 신경, 호르몬, 면역 신호 등을 통해 서로 정보를 주고받는 장-뇌 축으로 작동하는 것으로 알려지면서 최근 둘 사이 관계가 주목받고 있습니다.

서 단장은 "동물은 미각을 없애도 에너지를 고갈시키면 영양분이 있는 설탕물을 분간해낸다"며 "미각기관이 없어도 섭취 후 장을 통해 음식을 인지한다는 것"이라고 말했습니다.

하지만 장에서 만들어진 신호가 어떤 경로를 통해 뇌에 전달되고 '무엇을 먹을지'에 대한 행동 선택으로 이어지는지에 대한 원리는 아직 대부분 밝혀지지 않았습니다.

연구팀은 앞서 2021년 네이처에 초파리가 단백질 결핍 상태가 되면 장에서 'CNMa'라는 펩타이드(아미노산 2~50개가 연결된 작은 조각) 호르몬이 분비되면서 단백질 음식을 선호하게 된다는 사실을 밝혔는데, 이번에 초파리의 호르몬 신호 전달 경로와 함께 뇌로 전달되기에 앞서 신경 회로를 통해서 빠르게 전달된다는 사실을 밝혀냈습니다.

장 상피세포가 음식 속 필수 아미노산이 부족한 것을 감지하면 CNMa를 분비하는데, 이 과정에서 뇌에 빠르게 신호를 보내 즉각 필수 아미노산 섭취를 유도하는 것을 확인한 것입니다.

이후 분비된 CNMa 호르몬이 순환계를 타고 느리게 뇌에 도달해 단백질 선호 행동을 지속 유지하도록 돕는 정밀 체계를 갖춘 것으로 나타났습니다.

또 연구팀은 CNMa 신호가 뇌에서 동시에 탄수화물 섭취를 촉진하는 뉴런 활성을 억제한다는 사실도 밝혀냈습니다.

영양소 균형을 맞추기 위해 전체 식사량을 늘리는 게 아니라 특정 영양소를 선택하면서 다른 영양소는 배제하는 선택적 섭식 행동 원리를 규명한 것입니다.

연구팀은 이런 장-뇌 축 시스템이 초파리뿐 아니라 포유류인 생쥐에게서도 동일하게 작동하는 것을 확인했습니다.

특히 기존 단백질 결핍 반응 핵심 호르몬으로 알려진 간 유래 호르몬(FGF21)이 없는 상태에서도 같은 행동반응이 유지되는 것을 확인해 독립적으로 작동하는 조절 시스템임을 확인했습니다.

연구팀은 이번 연구가 비만·대사질환 등과 관련된 연구에 주요 단서를 제공할 수 있다고 설명했습니다.

예를 들어 최근 주목받는 비만치료제인 글루카곤 유사 펩타이드-1(GLP-1)의 경우 장에서 만들어지는 호르몬이지만 수 분 내 분해돼 혈액순환으로 뇌의 GLP-1 수용체에 직접 작용할 만큼 충분한 농도로 도달하기 어렵지만 실제로는 작용하는데, 이도 장-뇌 축 신경 경로를 통해 신호를 전달하는 것일 수 있다고 연구팀은 제시했습니다.

지금의 GLP-1 작용제는 체내에서 안정적으로 유지되는 형태로 뇌에 직접 작용하지만, 신경 경로를 통해서도 뇌를 조절할 수 있는 대안이 있을 수 있단 것입니다.

서 단장은 "비만·식욕을 조절하는 약물 대부분은 장 호르몬 신호를 활용하지만, 그동안 자연 분비 장 호르몬이 뇌와 행동에 미치는 영향과 경로는 충분히 연구되지 못했다"며 "향후 비만, 대사 질환, 식이 행동 장애 치료 연구에 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했습니다.