비즈니스와 사생활 모두에서 성공을 꿈꾸는 우리에게, 노화에 따른 인지 기능 유지와 정신적 회복력은 가장 중요한 우선순위입니다.연구에 따르면, 특정 프로바이오틱스 균주는 노화에 따라 뇌 기능과 전반적인 인지 건강에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 상호작용은 뇌와 중추신경계 간의 양방향 소통시스템인 장-뇌 축 덕분에가능합니다.
프로바이오틱스 균주인 B. breve MCC1274와 L. plantarum PS23은 인간을대상으로 한임상 연구 및전임상 연구(비인간 대상의 실험실 연구)에서 뇌 건강을 지원하고, 기억력을 포함한 인지 기능을 개선하는 능력을 보여주고 있습니다.
인간을 대상으로 한 연구에서는 이러한 프로바이오틱스가 기억력과 인지 기능의 일부를 돕는 데 기여할 가능성이 있음을 시사하고 있지만,구체적인 작용메커니즘에 대해서는 설명되지 않았습니다. 그러나 동물 대상의 전임상 연구를 통해 연구자들은 이러한 주목할 만한 균주들의 작용 기전을 더 자세히 규명할 수 있습니다. MCC1274와 PS23에 대한 전임상 연구 결과 모두 항산화 기능, 면역 반응, 신경 가소성 등의 역할을 시사하고 있습니다.
이러한 ‘뇌를 위한 프로바이오틱스’가 인간의 노화 과정에서 건강한 인지 기능을 어떻게 지원하는지, 전임상 연구 결과를 살펴보겠습니다.
B. breve MCC1274는 전임상 연구에서 뇌 건강을 지원하는 것으로 나타났습니다.
MCC1274는 뇌 기능을 지원하고 인지 기능을 개선하는 데 있어 그 역할을 규명하기 위한 4건의 인체 연구를 거친비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve)균주입니다. 예를 들어, 인체 대상 무작위 대조 시험에서 MCC1274가 경도 인지 장애가 의심되는 사람들의 즉시 기억, 지연 기억, 시각-공간/구성 능력(공간 인식과 관련)을 개선하는 것으로 나타났습니다.
그렇다면, 이는 어떻게 이루어지는 것일까요? 전임상 실험 결과, MCC1274는 (1) 항산화 작용과 (2) 뇌의 건강한 면역 반응 및 신경 가소성을 촉진하는 기타 생화학적 과정을 통해 인지 기능을 지원하는 것으로 나타났습니다.
MCC1274는 항산화 작용을 가질 가능성이 있다
연구진은 MCC1274 프로바이오틱스 균주가 장에서 뇌로 이동하는 항산화 물질의 농도를 높임으로써 뇌 건강에 도움이 될 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이를 연구하기 위해,건강한(‘야생형’) 생쥐에게 4개월 동안물에 녹인 B. breve MCC1274 또는 생리식염수를 공급했습니다. 그 후 연구진은 혈액 샘플을 채취하여 생쥐의 혈장 대사 산물을 분석함으로써, 프로바이오틱스의 유익한 효과에 기저가 되는 메커니즘을 규명했습니다.
이러한 혈장 대사 산물은 혈장 내에서 발견되는 작은 분자로, 미생물의 대사 과정에서 유래했을 가능성이 있습니다. 장내 미생물은 효소를 이용해 장 내의 음식물 소화 산물을 분해하며, 이러한 대사 산물은 이 과정의 부산물입니다. 이 연구에서 연구진은 MCC1274를 보충했을 때 어떤 혈장 대사 산물이 영향을 받는지, 그리고 그것이 어떤 형태로든 유익한지 확인하고자 했습니다.
연구진은B. breve의 섭취가 쥐의 혈장 대사 산물을 크게 변화시킨다는 사실을 발견했습니다. 특히, 과학자들은 뇌 기능을 지원하고 산화 스트레스를 완화하는 것으로 알려진 항산화 화합물인이소플라본대사산물의수치가 상승하는 것을 관찰했습니다.
산화 스트레스란 체내의활성산소와 항산화 물질 간의불균형을 말합니다. 우리 몸은 정상적으로 기능하기 위해 이 두 종류의 분자가 모두 필요하지만, 활성산소(대사 과정의 자연스러운 부산물)가 항산화 물질보다 많아지면 문제가 발생합니다.
자유 라디칼은 면역 체계와 기타 생리적 과정을 돕지만, 우리 몸에는 낮은 수준이나 중간 수준의 자유 라디칼만 필요합니다. 산화 스트레스는 자유 라디칼이 건강에 해로운 수준으로 증가했을 때 발생합니다. 자유 라디칼이 과다해지면 뇌 세포를 비롯한 신체 내 세포에 손상을 입힙니다. 건강한 노화 과정에서산화 스트레스는기억력 저하를 포함한 인지 기능 문제와 관련이 있는 것으로 알려져 있으며, 연구 결과에 따르면 특정 천연 화합물이 이러한 불균형을 완화할 수 있는 것으로 나타났습니다.
연구에 따르면, 대두에 함유된 플라보노이드인 이소플라본은 건강한 성인의 인지 기능을 개선하는 것으로 나타났습니다. 이전의 전임상 연구에서는B. breve MCC1274가 이소플라본의 생체 내 대사 전환을 증가시키고 장내 미생물 군집에 영향을 미칠 가능성이 입증되었습니다. 따라서,MCC1274는 이러한 대사 산물을 생성하거나, 장내 유익한 미생물의 총 수를 늘림으로써 간접적으로 그 생성에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.
MCC1274는 뇌의 신경 가소성을 촉진할 가능성이 있다
뇌의주목할 만한 특징은 신경 연결을 형성, 수정, 강화함으로써 스스로를 재구성하는 적응 능력입니다. 이는 신경 가소성으로 알려져 있으며,뇌 내의 상주면역세포인 미세아교세포에 의해부분적으로 영향을 받습니다. 이 위약 대조 전임상 연구에서, MCC1274가 이러한 미세아교세포의 면역 반응 균형을 돕고, 이를 통해 신경 가소성을 촉진하며 산화 활동을 감소시킬 가능성이 있는 것으로 밝혀졌습니다.
미크로글리아는중추신경계를지원하고 건강한 뇌 기능을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. 미크로글리아는 매우 활동적이며 여러 가지 다른상태로존재하지만, 일반적으로 휴지 상태 또는 활성화 상태로 묘사됩니다. 미크로글리아는 뇌의 신경 및 면역 지원 세포로서, 지속적으로 신경 활동을 감지하고 조절하며, 활성화되면 감염이나 손상을 관리합니다.
「휴지」 상태에 있을 때, 이러한 세포들은 지속적으로 환경을 감지하고 신경세포를 가지치기하며, 이 모든 과정은 항상성 유지와 신경 가소성을 촉진합니다. 이러한 비활성화 상태의 미세아교세포는시냅스 재구성 및전반적인 시냅스 가소성에 관여하며, 이는 학습과 기억에 필수적입니다.
손상이나 신경 퇴행에 반응하여 미세아교세포는 활성화되고, 형태가 변화하며, 면역 활성화 단백질과 활성산소를 분비합니다.노화 과정에서미세아교세포가 과민하고 과활성화된 상태로 전환된다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 시냅스 가소성을 저해합니다. 이러한 경우, 과활성화된 상태를 완화하거나 진정시키는 중재는 미세아교세포가 신경 지지 기능의 휴지 상태로 돌아가는 데 도움이 됩니다.
MCC1274가 건강한 쥐의 뇌 건강을 지원하는지 여부를 확인하기 위해, 연구진은 프로바이오틱스를 투여한 후 일련의 검사를 통해 그 효과를 평가했습니다.마우스들은 프로바이오틱스군 또는 위약군으로 무작위 배정되었습니다. 4개월 동안 프로바이오틱스군에는주 5회 B. breve MCC1274 (10억 CFU)가 투여되었고, 위약군에는 생리식염수가 투여되었습니다.
연구가 끝날 무렵, 연구진은 활성화된 미세아교세포, 즉 뇌의 면역 세포를 나타내는 특정 면역 반응성 단백질의 양이 감소한 것을 관찰했습니다. 따라서 MCC1274는 건강한쥐의 미세아교세포 활성화를약화시키거나 진정시키는 것으로 보였습니다. 이러한 활성화된 미세아교세포의 감소는 과도한 활동을 조절하여 신경 가소성을 지원하는 데 도움이 됩니다.
해마에서 관찰된 다른 시냅스 단백질의 변화 역시 신경 보호 효과를 시사하고 있었습니다. 면역 반응에 대한 균형 조절 효과는 시냅스 전달과 가소성을 개선하는 데 도움이 되며, 이는 노화된 뇌에서 기억 기능을 포함한 인지 기능을 유지하는 데 기여할 수 있습니다.
L. paracasei PS23은 전임상 연구에서 건강한 노화를 돕는 것으로 나타났습니다.
L. paracasei PS23은 Lacticaseibacillus paracasei라는세균종의한 균주로, 인간을 대상으로 한 연구에 따르면스트레스 조절와하지 근력의 개선 효과가 보고되었습니다. PS23은 격렬한 운동 후근육 회복과 근력 향상을 촉진하는 것으로도 밝혀졌습니다.
흥미롭게도, 노화 마우스를 대상으로 한 PS23의 전임상 연구 결과, 이 프로바이오틱스가 기억력을 포함한 인지 기능의 유지와 근육량 증진을 통해 건강한 노화를 돕는 데 기여할 가능성이 있음을 시사합니다. 인간의 인지 기능에 미치는 영향을 완전히 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하지만, 전임상 연구는 프로바이오틱스의 유익한 작용에 기여하는 기전을 파악하는 데 도움이 됩니다.
다음의 전임상 연구에서 과학자들은 동물 모델의 뇌 건강과 행동에 몇 가지 주목할 만한 변화를 관찰했습니다. 여기에는 기억력과 공간 인식 능력의 향상, 그리고 불안 유사 행동의 감소가 포함되었습니다.
과학자들은 이러한 유익한 변화들이 PS23 그룹에서 나타난 건강한 면역 반응, 산화 스트레스의 감소, 그리고신경 가소성의강화에 기인한 것이라고 보았습니다. 이 모든 요소는 노화에 따라 뇌 건강을 증진시킵니다. 이러한 제안된 작용 기전은 MCC1274의 전임상 연구에서 관찰된 것과 매우 유사합니다.
노화 촉진 마우스를 대상으로 한 PS23 연구
인간과 마찬가지로, 생쥐는 공간 기억, 학습, 사회적 행동 등 복잡한 인지 능력을 보여줍니다. 또한 인간과 놀라울 정도로 유사한뇌 노화 양상을보입니다. 연구자들은 인지 기능이나 프로바이오틱스를 포함한 특정 중재의 영향을 평가하기 위한 연구 모델로 노화 촉진 생쥐를 자주 사용합니다. 이러한 전임상 연구는 프로바이오틱스가 노화 과정에서의 인지 건강에 어떻게 기여하는지 이해하는 데 도움이 됩니다.
연구에 따르면,건강한 쥐의 노화 과정에는불안 유사 행동의 증가와 인지 기능(즉, 공간 학습 및 기억)의 저하가 동반될 수 있다.
최근 PS23에 관한 두 건의 전임상 연구에서는 프로바이오틱스의 인지적 이점에 대한 과학적 근거를 더 잘 이해하기 위해 고전적인 노화 촉진 동물 모델을사용했습니다⁶,⁷. 각 무작위 위약 대조 연구에서 연구자들은 노화 촉진 마우스를 최소한 위약군과 프로바이오틱스군으로 나누었습니다.그 후, 연구진은 개방형 공간 검사(open field test) 및 모리스 수중 미로 검사(Morris water maze test)와 같은 행동 검사를 통해 스트레스 관련 및 인지 행동을 관찰했습니다.
PS23은 노화 마우스의 인지 기능을 지원한다
인지 기능을 연구하기 위해 과학자들은 PS23을 투여받은 노화 촉진 마우스와 위약을 투여받은 마우스를 행동 테스트를 통해 비교하고, 혈액 및 뇌 조직 내 인자의 농도도 조사했습니다.
행동 테스트에서 연구진은 노화 위약군에서 뚜렷한 공간 기억 장애를 관찰했습니다. 그러나 노화 PS23군에서는 이러한 공간 기억 장애가 나타나지 않았으며, 비노화 마우스와 유사한 결과를 보였습니다. 이러한 결과는 프로바이오틱스가 마우스의 노화에 따른 기억 장애를 개선했음을 시사합니다.
공간 기억과 관련된 PS23의 이러한 이점들은 높은 수준의뇌유래 신경 영양 인자(BDNF)와 높은 수준의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 효소 수치와 연관되어 있었습니다. BDNF는 특히 학습 및 기억과 관련된 신경 가소성과 연관된 중요한 뇌 단백질입니다.
SOD는항산화 방어 전략 전반에 걸쳐중요한 효소 중 하나로 여겨집니다. 이 효소는 위약을 투여받은 노화 마우스에 비해, PS23을 투여받은 노화 마우스의 혈액뿐만 아니라 기억에 중요한 뇌 영역인 해마에서도 더 높은 수치를 보였습니다.
이 연구들에 따르면, PS23을 투여한 경우 노화 과정에서 해마의 SOD 수치가 유지된 반면, 프로바이오틱스를 투여하지 않고 노화시킨 경우 해마의 SOD 수치가 감소했습니다.SOD는우리가 건강하더라도 나이가 들면서 감소합니다. 쥐를 대상으로 한 이러한 연구 결과는 PS23이 노화에 따른 기억 장애를 개선하고 불안 관련 행동을 완화할 가능성이 있음을 시사합니다.
PS23은 뇌 내 SOD 수치의 증가를 나타낸 것으로 연구된 유일한 프로바이오틱스일지도 모릅니다.
이러한 결과는 PS23의 보충이 정상적인 노화 과정에서 인지 기능(즉, 기억력)을 지원하는 전략으로 활용될 수 있으며, 이는 면역 또는 산화 스트레스와 관련된 요소가 있을 수 있음을 시사합니다.
PS23은 노화 마우스의 불안 증상을 완화한다
마찬가지로, 행동 및 생화학적 검사 결과도 자연 노화 과정에서 PS23이 불안 완화에 도움이 될 수 있음을 시사합니다.오픈 필드 검사에서는마우스를 열린 공간에 놓아 인지 행동과 불안 관련 행동을 관찰했습니다. PS23을 투여받은 노화 마우스는 위약을 투여받은 노화 마우스에 비해 이 검사에서 불안 유사 행동이덜 나타났습니다⁶.
이러한 행동상의 차이는 PS23 마우스의 뇌 조직에서 기분 안정화 작용을 하는 세로토닌과 도파민 수치의 상승과 일치했습니다. 또한, 혈중 BDNF 수치도 높아진 것으로 나타났습니다. BDNF는 신경 가소성에 중요할 뿐만 아니라 정신 건강에도 중요한 역할을 합니다. 뇌의 특정 영역에서 BDNF 수치가 낮으면 불안이나 스트레스와 관련이 있습니다.
MCC1274와 PS23은 인지 기능에 어떤 이점을 주는가?
MCC1274와 PS23은 장-뇌 축을 통해 뇌에 유익한 영향을 미치는 면역 균형 조절 작용과 항산화 작용을 통해 인지 기능에 긍정적인 효과를 주는 것으로 보입니다.
MCC1274가 혈중 항산화 이소플라본 대사 산물의 수치를 높이고, 뇌의 면역 세포인 미세아교세포를 진정시키며, 신경 가소성을 촉진하는 데 어떻게 도움이 되는지 살펴보았습니다. 마찬가지로, 두 연구의 과학자들은 뇌의 기억 중추인 해마에서 항산화 효소 SOD의 수치가 증가하는 것을 관찰했습니다.SOD는 산화 스트레스의 주요 원인인 과도한 자유 라디칼 생성에 대항하는 신체의 주요 방어 수단입니다.
PS23 균주는 전임상 모델에서 학습, 기억 및 신경 가소성을 촉진하는 중요한 뇌 단백질인 BDNF의 수치를 증가시키는 것으로 나타났습니다. 두 균주 모두 전임상 모델에서 산화 스트레스를 완화하고 장-뇌 축을 통한 건강한 뇌 신호 전달을 지원함으로써, 노화에 따른 인지 기능 저하를 지연시키는 것으로 나타났습니다.
여기서 논의한 전임상 연구는 프로바이오틱스가 뇌 건강, 특히 기억력과 스트레스 관련 행동에 미치는 긍정적인 영향의 근저에 있는 흥미로운 과학적 원리를 엿볼 수 있게 해줍니다. MCC1274와 PS23은 뇌의 면역 관련 경로에 영향을 미침으로써 인지 기능을 지원할 가능성이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 장-뇌 축을 통해, 이 균주들은 전임상 및 임상 연구에서 모두 입증된 바와 같이 면역 균형 조절 작용과 항산화 작용을 발휘합니다.
참고문헌
- Xiao, J., Katsumata, N., Bernier, F., Ohno, K., Yamauchi, Y., Odamaki, T., Yoshikawa, K., Ito, K., & Kaneko, T. (2020).https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32623402/
- Ohno, K., Abdelhamid, M., Zhou, C., Jung, C. G., & Michikawa, M. (2022).https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9661342
- Cui, C., Birru, R. L., Snitz, B. E., Ihara, M., Kakuta, C., Lopresti, B. J., Aizenstein, H. J., Lopez, O. L., Mathis, C. A., Miyamoto, Y., Kuller, L. H., & Sekikawa, A. (2020).https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7808187/
- Yao R, Wong CB, Nakamura K, Mitsuyama E, Tanaka A, Kuhara T, Odamaki T, Xiao JZ. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31090459/
- Abdelhamid, M., Zhou, C., Jung, C. G., & Michikawa, M. (2022). https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9231139/
- Cheng, L. H., Chou, P. Y., Hou, A. T., Huang, C. L., Shiu, W. L., Wang, S. (2022). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35438699/
- Huang, S. Y., Chen, L. H., Wang, M. F., Hsu, C. C., Chan, C. H., Li, J. X., Huang, H. Y. (2018). https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6073302/
