프로바이오틱스가 기분이나 수면에 도움이 된다는 이야기를 들어보셨을지도 모릅니다. 하지만 장이 뇌에그토록큰 영향을 미치는 이유는 무엇일까요? 아직 완전히 밝혀지지는 않았지만, 이 두 장기는 이제야 서서히 밝혀지기 시작한 방식으로 깊이 연결되어 있는 것으로 보입니다. 장은 수면, 기분, 전반적인 웰빙 등여러 가지에 영향을 미칠수 있으며, 그 원인은 단순히 먹는 음식 때문만은 아닙니다!
장-뇌 상호작용(GBA)은 뇌와 장 사이의 양방향 경로입니다. GBA는 뇌와 척수로 구성된 중추신경계(CNS)가 장과 ‘소통’할 수 있게 해줍니다. 장에는 장신경계(ENS. 약 2억에서 6억 개의 뉴런을가지고 있습니다!)및 장내 분비 세포와 같은 인체세포뿐만 아니라, 장내 미생물군집의 박테리아와 효모 세포도 포함됩니다. GBA는 경구로 섭취한 프로바이오틱스가 뇌에 영향을 미치는 경로이기도 합니다.
이 경로는3개의 주요 ‘고속도로’를통해 운영되고 있습니다.
- 뇌에서 주요 장기로 뻗어 있는 신경 섬유 다발인 미주신경
- 순환기계
- 면역계
이러한 시스템을 통해 장과 뇌는 신경 신호, 면역 분자, 호르몬, 영양소를 매개로 서로 소통합니다. 이는 스트레스가 위장 장애를 유발하거나, 그렐린이라는 호르몬의 분비가 뇌에공복감을전달하는 것처럼, 한 영역의 상태가 다른 영역에 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다.
또한, 특정 프로바이오틱스가 중추신경계에 영향을 미칠 가능성이 있음을 의미합니다. 예를 들어, GBA를 통해 뇌의 도파민에 영향을 미치는 프로바이오틱스는 기분에 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다. 이 기사에서는 이러한 작용 기전 등을 살펴봄으로써, 장과 뇌가 어떻게 상호작용하는지 더 잘 이해할 수 있도록 돕고자 합니다.
장내 미생물군집과 장-뇌 상관관계
미생물군집-장-뇌 상호작용(MGBA)은 장-뇌 상호작용의 일부입니다. MGBA는 장내 미생물과 뇌 사이의 양방향 통신 네트워크를 설명합니다. 장에는 수조 개의 미생물이 서식하고 있으며, 이들은 뇌에 정보를 전달할 수 있습니다. 미주신경,혈액, 면역 분자는 모두 이 두 기관 사이에서 장내 미생물 신호를 전달할 가능성이 있습니다. 뇌는 이러한 모든 감각 정보를 수신하여 다른 정보와 통합하고, 스트레스 반응이나 음식 대사 등 다른 행동을 지시하기 위한 결정을 내립니다.
MGBA가 체내에서 어떻게 작용하는지는 다음과 같습니다.
미주신경: 장-뇌 상호작용의 주요 전달 경로
미주신경은 전기적 자극을 전달하는 큰 신경섬유 다발입니다. 이 신경은 중추신경계(CNS), 주로 뇌를, 공식적으로 ‘장 신경계’라고 불리는 장 신경계를 포함한 신체의 다른 부위와연결합니다. 미주신경은 뇌간을 위, 소장, 대장의 여러 부위와 연결합니다. 이 목록만 보더라도 알 수 있듯이, 미주신경은 장에서 매우 중요한 역할을 합니다!
미주신경 말단의 수용체는 음식 소화에 따른 위용적 변화를 감지할 수있으며, 이러한 신경 말단에서 발생하는 전기적 발화는 위 내용물이 소장으로 배출되는 시점을 조절할 수 있습니다. 그 후, 장계는그렐린호르몬을 분비함으로써 중추신경계(CNS)에 ‘반응’하여 공복감을 전달합니다. 마찬가지로,음식에 대해 생각만 해도소화액이 분비되기 시작할 수 있습니다.
그렇다면 장내 세균은 뇌에 어떤 영향을 미칠까요? 장은 영양소를 흡수하여 혈류로 방출합니다. 이 중 일부는 뇌로 들어갈 수 있습니다. 장내 세균의 불균형인 ‘디스바이오시스’는 ‘나쁜’ 세균이나 그 독성 대사 산물이 장과 혈류 사이의 장벽 투과성을 높여 혈류로 유입되도록 할 가능성이 있습니다. 이는전임상 연구에서시사된 바와 같이, 신경 퇴행으로 이어지는 면역 반응을 유발할 수 있습니다.‘균형이 잡힌’ 장을 유지하는 것은 전반적인 건강에 매우 중요합니다.
한편, 미생물군집-장-뇌의 연결은 긍정적인 영향을 미치기도 합니다.특정 프로바이오틱스 균주는스트레스와 관련된 코르티솔 수치를 낮추는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 특히 사이코바이오틱스는 MGBA에 상당한 영향을 미칠 가능성이 있습니다.L. plantarum PS128은 전임상 연구 결과에 따르면 도파민과 세로토닌의균형을 조절하는데 도움이 되는 것으로 보이는 사이코바이오틱스로, 기분과 수면에 영향을 미칩니다.
혈액-뇌 장벽
혈액뇌장벽(BBB)은 이 모든 과정에서 중요한 역할을 합니다. 이는 BBB가중추신경계(CNS)의 항상성을 조절하는일종의 보호 기전으로서엄격한‘필터’ 기능을 갖추고 있기 때문입니다. 이러한 제한은 신경 기능의 유지에 기여하며, 중추신경계를 독성 물질이나 병원체와 같은 원치 않는 ‘침입자’로부터 보호합니다. 이러한 장벽 기능의 상실은신경 기능 장애로이어질 수 있습니다.
그러나 혈액-뇌 장벽(BBB)은 혈액 속의 유익한 물질이 뇌로 흡수되는 것을 방해할 수도 있습니다. 예를 들어, 도파민은 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 없지만, 그 생합성 전구체인 티로신과 L-도파는 통과할 수 있습니다. 이러한 화합물들은 이후 뇌 내의 특정 뉴런에서 도파민으로 전환됩니다. 이것이 바로 도파민을 경구로 섭취해도 뇌 내 도파민 수치가 일반적으로 상승하지 않는 이유입니다.
혈액-뇌 장벽의 제한에 대한 두드러진 예외는 카페인과 알코올입니다. 이 두 화학 물질은 혈류로 빠르게 흡수되며, 그화학적 특성 덕분에단순히 막을통해 확산되는 방식으로혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있습니다. 이것이 바로 카페인과 알코올이 인간의 행동에 즉각적인 영향을 미치는 이유입니다.
소화관의 내벽에 있는장내분비세포가 체내 세로토닌의 최대95%을 합성한다는 내용을 읽어보신 적이 있을 것입니다. 일부 프로바이오틱스 균주는 장 내 세로토닌 수치에도 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 하지만, 이장에서 생성된 세로토닌은 뇌에 도달하지 않는다는라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 장내 세로토닌은 장의 운동 기능에 역할을 하며 혈류로 들어갈 수도 있지만, 혈액 속의 세로토닌이나 다른 신경전달물질은 기분에 직접적인 영향을 미치는 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 없습니다.
따라서 프로바이오틱스가 기분이나 뇌 활동에 직접적인 영향을 미치려면, GBA의 세 가지 주요 경로(아래 그림 참조) 중 하나 또는 여러 경로를 통해 매개되어야 합니다. 예를 들어,프로바이오틱스 균주는 미주신경의 한쪽 끝단에 분자가 결합하는 과정에 영향을 미쳐, 뇌 내 신경전달물질 활동에 영향을 주는 전기 신호를 보낼 수 있습니다(미주신경 ‘고속도로’). 이론적으로, 프로바이오틱스 균주는 혈액 내 신경전달물질 생합성 전구체의 농도에도 영향을 미쳐, 뇌 내에서의 생산을 어느 정도까지 조절할 수도 있을 것입니다(순환계 ‘고속도로’).
장내 미생물 대사 산물의 영향
순환은 장-뇌 축 간의 상호작용에 중요한 기회를 제공합니다. 장은 영양분을 흡수하여 혈류로 방출하며, 이러한 영양분의 일부는 결국 뇌에 도달할 수 있습니다. 예를 들어, 단쇄지방산(SCFAs)은 미생물에 의해 생성되는 대사 산물의 일종으로, 앞서 언급한 순환계 및 면역계를 포함한 다양한 경로를 통해 중추신경계(CNS)의 과정에 영향을 미칩니다. 많은 프로바이오틱스 균주는 이러한 대사 산물을생성합니다.
SCFA는 장 장벽의 무결성을 유지함으로써 장 건강에 중요한 역할을 하기 때문에 주목받고 있습니다. 또한,혈뇌장벽의 유지 및뇌 면역 세포의 성숙을 돕는 데 기여합니다.
장내 미생물은 또한 사람의 신진대사에 영향을 미치며, 이는 혈액 내 영양소의 종류와 농도에 영향을 줄 수 있습니다. 이로 인해 뇌가 이용할 수 있는 영양소에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라, 혈액-뇌 장벽의투과성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 연관성을 통해 장은 뇌에서 세로토닌, 도파민 또는 기분과 관련된 호르몬의 생성에 간접적인 영향을 미칠 수 있습니다.
예를 들어, 뇌가 세로토닌과 멜라토닌을 생성하는 데 사용하는 필수아미노산인 트립토판은 식사를 통해 섭취해야 합니다. 칠면조에는 트립토판이 풍부하게 함유되어 있으며(아미노산과 멜라토닌의 연관성 때문에 사람들은 추수감사절에 먹는 칠면조가 졸음을 유발한다고 생각하는 경향이 있습니다), 닭고기,우유, 참치, 귀리 등에도 함유되어 있습니다. 장내 미생물은 장 내 트립토판 대사에 영향을 미치며, 이는 혈중 트립토판 농도에 영향을 주고, 결과적으로 뇌가 세로토닌과 멜라토닌을 생성하는 데 활용할 수 있는 아미노산의 양에영향을 미칠 가능성이있습니다.
면역계와 장-뇌 축
장(腸)은 음식을 소화하는 한편, 면역 체계의 상당 부분을 담당하고 있습니다. 장 내의 면역 세포는 음식 내성과 유익한 세균을 지원하지만, 알레르기 반응이나 음식 과민증을 유발하거나,바람직하지 않은 세균으로부터 신체를 방어할 수도 있습니다.
장 면역계는 장내 세균을 감지하고 뇌와 소통할 수 있습니다. 수지상 세포는 ‘수지상 돌기’라고 불리는 가지 모양의 돌기를 가진 면역 세포로, 장내 세균이나 경구로 섭취한 프로바이오틱스를 포함한 장 내용물을 감지할 수 있습니다. 특정 종류의 장내 세균을 감지한 후, 이러한 면역 세포들은 림프계로 이동합니다. 이러한 신호 전달 과정을 통해 사이토카인이라고 불리는 분자가 방출되며, 이 분자들은 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있습니다.
이러한 사이토카인은 뇌 뉴런 표면의수용체와 상호작용하며하여 뇌 활동을 변화시킬 수 있습니다. 흥미롭게도, 특정 사이토카인은기분이나 식욕과 관련이 있습니다. 일부 면역 활동은세로토닌 수용체와 수송체에 영향을 미치며, 기분에도 영향을 줄 가능성이 있습니다.
장과 뇌의 연결 고리를 형성하기
보시다시피, 장-뇌 축은 복잡하여 아직 완전히 규명되지는 않았습니다. 하지만 이를 통해 장과 뇌가 어떻게 소통하고 협력하는지에 대해 더 깊이 이해하는 계기가 되었기를 바랍니다. 프로바이오틱스가 GBA를 활용하여 신경학적 영향을 미치는 방식에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면, Bened Life 제품에 함유된 신경 활성 프로바이오틱스 균주인L. plantarum PS128에 대한 임상 연구를여기에서 확인하실 수 있습니다.
