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장내 미생물이 보내는 신호를 뇌에 전달하는 ‘신경생물학적 감각’

음식의 영양소가 장에 도달하면 뇌가 신호를 받아 식욕과 갈망을 조절한다. 이때 뇌는 어떻게 신호를 받는 것일까?

풀리지 않던 이 의문이 풀렸다. 뇌가 장내 미생물의 메시지에 즉각적으로 반응할 수 있게 해 주는 감각이 있기 때문이라는 연구 결과가 나왔다. 그동안 몰랐던 여섯 번째 감각이 발견된 것이다.

국제 학술지《네이처(Nature)》에 게재된 연구에 따르면 장 속에 있는 신경족(neuropods) 세포들이 미생물이 생성하는 특정 단백질을 감지해 뇌로 직접 신호를 보내는 것으로 나타났다. 이러한 경로를 발견한 연구진은 '신경생물학적 감각'이라고 명명했다. 신경족이란 결장 내벽에 위치한 작은 감각세포들을 가리킨다.

미국 듀크대 의대 연구진은 쥐들을 밤새 금식시킨 후, 소량의 플라젤린을 대장에 직접 투여했다. 플라젤린은 박테리아가 헤엄치는 데 사용하는 꼬리 모양의 구조인 박테리아 편모에서 발견되는 단백질이다. 음식을 섭취하면 일부 장내 박테리아가 플라젤린을 분비한다. 플라젤린을 투여받은 쥐들은 더 적게 먹었다.

연구진이 톨유사수용체(Toll-like Receptor 5, TLR5)가 없는 생쥐를 대상으로 같은 실험을 했을 때는 아무런 변화가 없었다. TLR5는 신경족이 플라젤린을 감지하고, 장과 뇌 사이의 주요 소통 경로인 미주신경을 통해 신호를 보내게 하는 수용체이다.

신경족은 장내 박테리아가 생성하는 공통 단백질을 인식할 수 있다. 단백질을 감지하면 신경족은 뇌로 신호를 신속하게 전달해 음식 섭취를 줄이는 데 도움을 준다.

TLR5 수용체가 없는 생쥐는 계속 먹었고 체중이 증가했는데, 이는 이 경로가 식욕 조절에 도움이 된다는 단서이다. 연구진은 "이러한 결과는 플라젤린이 TLR5를 통해 '이제 그만 먹어'라는 신호를 보내 장이 뇌에 식사를 멈출 때라고 알릴 수 있도록 한다는 것을 시사한다"며 "이 수용체가 없으면 이 신호가 제대로 전달되지 않는다"고 설명했다.