[쿠키과학] ‘우울증 열쇠는 장 미생물’… KBSI, 뇌신경 회복 돕는 균주 발견

스트레스로 생긴 우울 행동을 완화하고 손상된 뇌 신경을 회복시키는 장내 미생물이 발견됐다.

한국기초과학지원연구원(KBSI) 호남권센터 정혜종 박사팀은 만성 스트레스에 따른 우울 유사 행동과 밀접하게 연관된 장내 미생물 2종을 발굴하고, 이들이 장과 뇌를 연결하는 장-뇌 축(Gut-Brain Axis)을 통해 신경세포 기능을 회복시키는 작용 원리를 규명했다.

장-뇌 축은 장내 미생물과 뇌가 신경계와 면역계, 호르몬을 통해 서로 영향을 주고받는 조절 체계다.

최근 우울증과 치매, 자폐스펙트럼장애 등 다양한 신경질환 연구에서 중요한 기전으로 주목받고 있다.

지속적인 스트레스는 세포 안에 활성산소를 과도하게 축적시켜 산화스트레스를 유발하고, 세포에서 에너지를 만드는 미토콘드리아 기능을 떨어뜨린다.

이런 변화는 신경세포의 생존과 성장에 중요한 뇌유래신경영양인자(BDNF) 신호를 약화시켜 우울 증상을 악화시키는 것으로 알려졌다.

최근 장내 미생물이 뇌 기능과 감정 조절에 영향을 준다는 연구가 늘고 있지만, 어떤 균이 실제 우울 행동에 영향을 미치는지, 어떤 과정을 거쳐 뇌 기능을 바꾸는지는 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 사람의 장내 미생물을 실험동물에 이식하는 인체 분변 미생물 이식(hFMT) 기법으로 우울 행동이 심한 생쥐에서 공통적으로 감소하는 장내 미생물을 분석했다.

그 결과 인테스티니모나스 부티리시프로듀센스(Intestinimonas butyriciproducens)와 파라박테로이데스 메르다에(Parabacteroides merdae) 두 균주가 우울 행동과 밀접한 관련이 있는 핵심 장내 미생물임을 확인했다.

연구팀은 세포와 동물실험으로 두 균주의 기능을 검증했다.

실험 결과 두 균주는 세포 안에서 활성산소종(ROS) 생성을 줄여 산화스트레스를 완화했다.

또 미토콘드리아 기능 저하와 세포사멸 신호를 억제하고, 신경세포의 성장과 생존을 조절하는 ‘TrkB-ERK-CREB-BDNF’ 신호 전달 체계를 회복시키는 효과도 확인했다.

연구팀은 만성 스트레스 호르몬인 코르티코스테론을 투여해 우울 유사 행동을 유도한 생쥐에도 두 균주를 경구 투여했다.

그 결과 생쥐의 우울 유사 행동이 유의하게 감소했고, 감정 조절과 기억 형성에 중요한 뇌 영역인 해마에서 감소했던 BDNF 발현도 회복됐다.

이번 연구는 장내 미생물의 양이 줄어드는 현상보다 어떤 미생물이 존재하는지가 우울 행동에 더 중요한 영향을 줄 수 있음을 의미한다.

아울러 특정 장내 미생물이 장-뇌 축을 통해 산화스트레스와 미토콘드리아 기능, 신경영양 신호를 함께 조절해 스트레스 반응과 우울 행동을 완화할 수 있다는 생물학적 근거도 제시했다.

정 박사는 “이번 연구는 장내 미생물이 스트레스로 손상된 뇌 신경 신호를 회복시키는 과정을 분자 수준에서 확인한 성과"라며 ”우울증을 장내 미생물과 뇌의 상호작용이라는 새로운 관점에서 이해할 수 있는 연구 기반을 마련했다"고 설명했다.

한편, 이번 연구는 KBSI 한의정 박사후연구원이 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난 5월 28일 국제학술지 ‘Pharmacological Research’ 온라인에 게재됐다.
(논문명: Gut-derived commensal bacteria attenuate corticosterone-induced depressive-like behavior via regulation of oxidative stress and mitochondrial apoptotic signalling)

이재형 기자 jh@kukinews.com