장-뇌 축이란 무엇인가요? 마이크로바이옴이 웰빙에 영향을 미치는 방법

프로바이오틱스가 기분과 수면에 도움이 된다는 이야기를 들어보셨을 것입니다. 하지만 장이 어떻게 뇌에 그런 영향을 미칠 수 있을까요? 두 기관은 아직 완전히 이해하지는 못했지만 밝혀지기 시작한 방식으로 깊이 연결되어 있는 것으로 밝혀졌습니다. 장은 수면, 기분, 전반적인 웰빙 등에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 단순히 섭취하는 음식 때문만이 아닙니다!

장-뇌 축(GBA)은 뇌와 장 사이의 양방향(양방향) 통로입니다. GBA는 뇌와 척추로 구성된 중추신경계(CNS)가 장과 "대화"할 수 있게 해줍니다. 장에는 약 2억~6억 개의 뉴런으로 추정되는 장 신경계(ENS)와 장 내분비 세포, 장내 미생물 군집의 박테리아 및 효모 세포와 같은 인체 세포가 포함됩니다. GBA는 또한 입으로 섭취하는 프로바이오틱스가 뇌에 영향을 미칠 수 있는 경로이기도 합니다.

이 경로는 세 개의 주요 고속도로를 통과합니다:

• 미주 신경, 뇌에서 주요 기관으로 뻗어있는 섬유 다발
• 순환계
• 면역 체계

이러한 시스템을 통해 장과 뇌는 신경 신호, 면역 분자, 호르몬 및 영양소를 통해 서로 소통합니다. 즉, 스트레스가 위장 장애를 일으키거나 그렐린 호르몬이 뇌에 배고픔을 알리는 신호를 보내는 것처럼 한 영역의 상태가 다른 영역에 영향을 미칠 수 있습니다. 

또한 특정 프로바이오틱스가 중추 신경계에 영향을 미칠 수 있다는 의미이기도 합니다. 예를 들어, GBA를 통해 뇌 도파민에 영향을 줄 수 있는 프로바이오틱스는 기분에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이 글에서는 장과 뇌가 어떻게 함께 작용하는지 더 잘 이해할 수 있도록 이러한 모든 메커니즘과 그 이상을 살펴볼 것입니다.

장내 미생물 군집과 장-뇌 축 

마이크로바이옴-장-뇌 축 (MGBA)은 장-뇌 축의 일부입니다. MGBA는 장내 미생물과 뇌 사이의 양방향 통신 네트워크를 설명합니다. 장에는 수조 개의 미생물이 존재하며 이들은 정보를 뇌로 전달할 수 있습니다. 미주 신경, 혈액, 면역 분자는 모두 장내 미생물 신호를 둘 사이로 전달할 수 있습니다. 뇌는 이 모든 감각 정보를 받아 다른 정보와 통합한 후 스트레스 반응이나 음식 대사와 같은 다른 행동에 신호를 보내도록 결정을 내립니다.

MGBA가 체내에서 작용하는 방식은 다음과 같습니다:

미주 신경: 장-뇌 축의 주요 통신 고속도로: 미주신경

미주 신경은 전기 충격을 전달하는 큰 섬유 다발입니다. 미주신경은 주로 뇌를 포함한 중추신경계(CNS)와 장 신경계를 포함한 신체의 다른 부위를 연결하며, 공식적으로는 장 신경계라고 불립니다. 미주 신경은 뇌간과 위, 소장, 결장을 여러 위치에서 연결합니다. 목록만 봐도 알 수 있듯이 미주 신경은 장에서 큰 역할을 합니다! 

미주 신경 종말의 수용체는 음식물 소화에 따른 위의 부피 변화를 감지할 수 있으며, 이러한 신경 종말의 전기적 발화는 위가 소장으로 비워지는 시기를 조절할 수 있습니다. 그러면 장 시스템은 공복감을 알리는 그렐린 호르몬을 분비하여 중추신경계에 "응답"할 수 있습니다. 마찬가지로 음식에 대해 생각하는 것 만으로도 소화액이 흐르기 시작한다는 신호를 보낼 수 있습니다.

그렇다면 장내 세균은 뇌에 어떤 영향을 미칠까요? 장은 영양분을 흡수하여 혈류로 방출하는데, 이 중 일부는 뇌로 들어갈 수 있습니다. 장내 세균의 불균형인 장내 미생물 불균형은 장과 혈류 사이의 장벽을 투과성으로 만들어 "나쁜" 세균 및/또는 그 독성 대사산물이 혈류로 유입되도록 허용할 수 있습니다. 이는 전임상 연구에서 제안한 바와 같이 신경 퇴화를 유발하는 면역 반응을 유발할 수 있습니다. "균형 잡힌" 장은 전반적인 건강에 매우 중요합니다. 

반면에 마이크로바이옴과 장-뇌의 연결은 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 특정 프로바이오틱스 균주는 스트레스와 관련이 있는 코르티솔 수치를 낮추는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 특히 사이코바이오틱스는 MGBA에 강력한 영향을 미칠 가능성이 높습니다. L. 플랜타룸 PS128은 전임상 연구에 따르면 뇌의 도파민과 세로토닌의 균형을 유지하여 기분과 수면에 영향을 미치는 것으로 보이는 정신 바이오틱스입니다. 

혈액-뇌 장벽

이 모든 과정에서 혈액-뇌 장벽(BBB)이 중요한 역할을 합니다. BBB는 보호의 한 형태로서 CNS 항상성을 조절하는 엄격한 "필터"를 가지고 있기 때문입니다. 이러한 제한은 신경세포의 기능을 유지하고 독성 물질이나 병원균과 같은 원치 않는 '방문객'으로부터 CNS를 보호하는 데 도움이 됩니다. 이 장벽 기능이 상실되면 신경 기능 장애가 발생할 수 있습니다. 

그러나 BBB는 혈류에서 뇌로 유용한 물질을 공급하는 것을 어렵게 만들 수도 있습니다. 예를 들어, 도파민은 BBB를 통과할 수 없지만 생합성 전구체인 티로신과 L-도파는 통과할 수 있습니다. 이러한 화합물은 뇌의 특정 뉴런 내부에서 도파민으로 전환될 수 있습니다. 이것이 일반적으로 도파민을 경구로 복용해도 뇌의 도파민 수치를 올릴 수 없는 이유입니다.

혈뇌장벽 제한에 대한 두 가지 주목할 만한 예외는 카페인과 알코올입니다. 두 화학 물질 모두 혈류로 빠르게 흡수되며, 화학적 특성으로 인해 단순히 막을 통해 확산되어 혈뇌 장벽을 통과할 수 있습니다. 이것이 바로 카페인과 알코올이 인간의 행동에 빠른 영향을 미치는 이유입니다. 

소화관 내벽에 있는 내분비 세포가 우리 몸에서 세로토닌의 최대 95%를 합성한다는 사실을 읽은 적이 있을 것입니다. 일부 프로바이오틱스 균주는 장내 세로토닌 수치에도 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 장에서 생성된 세로토닌은 뇌에 도달하지 않는다는 점을 명심해야 합니다. 장내 세로토닌은 장 운동에 중요한 역할을 하며 혈류로 유입될 수도 있지만, 혈중 세로토닌과 기타 신경전달물질은 혈액-뇌 장벽을 통과하지 못해 기분에 직접적인 영향을 미칠 수 없습니다. 

따라서 프로바이오틱스가 기분이나 뇌 활동에 미치는 직접적인 영향은 GBA의 세 가지 주요 고속도로 중 하나 이상을 통해 매개되어야 합니다(아래 다이어그램 참조). 예를 들어, 프로바이오틱스 균주는 미주 신경의 한쪽 끝에 분자가 결합하는 데 영향을 주어 뇌의 신경전달물질 활동에 영향을 미치는 전기 신호를 보낼 수 있습니다(미주 신경 "고속도로"). 이론적으로 프로바이오틱 균주는 혈액 내 신경전달물질의 생합성 전구체 수치에 영향을 미쳐 뇌 내 신경전달물질 생성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다(순환계 "고속도로").

장내 미생물 대사 산물의 영향

순환은 장-뇌 축의 교류를 위한 중요한 기회를 제공합니다. 장은 영양분을 흡수하여 혈류로 방출하며, 이러한 영양소 중 일부는 결국 뇌로 들어갈 수 있습니다. 예를 들어, 단쇄 지방산(SCFA)은 미생물이 생성하는 대사 산물의 일종으로 순환계와 면역계를 포함하여 이미 언급한 여러 경로를 통해 중추 신경계 과정에 영향을 미칩니다. 많은 프로바이오틱스 균주가 이러한 대사산물을 생성합니다. 

SCFA는 장 장벽을 온전하게 유지하여 장 건강에 중요한 역할을 하기 때문에 주목할 만한 영양소입니다. 또한 혈액-뇌 장벽을 유지하고 뇌 면역 세포의 성숙을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.

장내 미생물은 또한 사람의 신진대사에 영향을 미쳐 혈액 내 영양소의 종류와 수준에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 뇌에 공급되는 영양소에 영향을 미칠 수 있으며, 혈액-뇌 장벽의 투과성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 연관성은 장이 뇌의 세로토닌, 도파민 또는 기분과 관련된 호르몬 생산에 간접적인 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다. 

예를 들어, 필수 아미노산인 트립토판은 뇌에서 세로토닌과 멜라토닌을 만드는 데 사용되며 식단을 통해 반드시 공급해야 합니다. 닭고기, 전유, 참치, 귀리 등과 마찬가지로 칠면조에는 트립토판이 함유되어 있는 것으로 유명하며(아미노산이 멜라토닌과 관련이 있기 때문에 사람들은 추수감사절에 칠면조를 먹으면 졸린다고 생각하는 경향이 있습니다), 트립토판은 장내 미생물과도 밀접한 관련이 있습니다. 장내 미생물은 장내 트립토판 대사에 영향을 미쳐 혈중 트립토판의 양에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 뇌에서 세로토닌과 멜라토닌을 만드는 데 사용할 수 있는 아미노산의 양에 영향을 미칠 수 있습니다. 

면역 체계와 장-뇌 축

장은 음식물을 소화하는 동시에 면역 체계의 많은 부분을 차지합니다. 장내 면역 세포는 음식 내성과 우호적인 박테리아를 지원하지만 알레르기 반응과 음식 민감성을 자극하고 바람직하지 않은 박테리아를 방어할 수도 있습니다. 

장 면역계는 장내 박테리아를 감지하고 뇌와 소통할 수 있습니다. 수지상 세포는 팔("수상돌기")이 있는 면역 세포로, 장내 세균과 입으로 섭취하는 프로바이오틱스 등 장 내용물을 감지할 수 있습니다. 특정 유형의 장내 박테리아를 감지한 후 이 면역 세포는 림프계로 이동합니다. 이 신호 전달 과정에서 혈액 뇌 장벽을 통과할 수 있는 사이토카인이라는 분자가 방출됩니다. 

이러한 사이토카인은 뇌 뉴런의 수용체와 상호 작용하여 뇌 활동을 변화시킬 수 있습니다. 흥미롭게도 특정 사이토카인은 기분과 식욕과 관련이 있습니다. 일부 면역 활동은 세로토닌 수용체와 수송체에 영향을 미칠 수 있으며, 기분에도 영향을 미칠 수 있습니다.

장과 뇌를 연결하기

아시다시피 장-뇌 축은 복잡하며 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 이 글을 통해 장과 뇌가 서로 소통하고 협력하는 다양한 방식에 대해 더 잘 이해하게 되셨기를 바랍니다. 프로바이오틱스가 GBA를 사용하여 신경학적 영향에 미치는 방법에 대해 더 자세히 알고 싶다면 Bened Life에서 장-뇌 프로바이오틱스 균주인 L. plantarum PS128에 대한 임상 연구를 확인할 수 있습니다.