장내 미생물

[  ] 미생물군은 주로 대장 내에 존재한다

[  ] 신경 연결을 통해 우리 몸은 전기적 자극의 형태로 장거리에 걸쳐 정보를 빠르게 전달할 수 있습니다.

미주신경은 뇌의 바닥에서 복부까지 신체의 양쪽에서 달리는 두 개의 뉴런 묶음으로 구성되어 있습니다. 미주신경과의 연결은 장관을 포함한 신체 전체에 걸쳐 이루어집니다.


뇌의 뉴런은 신경전달물질이라는 화학 물질을 사용하여 서로 통신하며, 이는 장관에서 미주신경의 자극과 장내 미생물 군집의 영향을 받습니다.

이는 미생물 군집의 박테리아가 뇌 내의 뉴런 기능에 간접적으로 기여할 수 있음을 의미합니다.

또한 미주신경을 통해 뇌에서 장으로 가는 방향으로 통신이 이루어집니다. 이 방향으로 미주신경을 자극하면 장의 안감을 형성하는 세포가 서로 더 단단히 부착되도록 하여 장관의 무결성이 증가합니다.

장관은 미생물 군집의 박테리아와 음식과 함께 섭취할 수 있는 미생물의 숙주이므로, 장 무결성은 장벽을 뚫고 발생할 수 있는 감염을 피하는 데 중요합니다.

순환계

빠른 신경 연결과 더불어, 뇌-장-미생물군 축은 또한 혈액 내 분자 순환을 통한 덜 직접적인 의사소통 방법을 포함합니다.

신경 의사소통을 생물학적 광대역으로 설명할 수 있다면, 이 순환계를 통한 의사소통은 아마도 병 속의 메시지와 더 비슷할 것입니다. 하지만 결코 덜 중요하지는 않습니다.

호르몬은 순환계를 사용하여 장거리 통신을 하는 데 특화된 분자이며 뇌-장-미생물 군집 통신의 주요 구성 요소입니다. 이에 대한 가장 대표적인 예는 혈액 내 스트레스 호르몬의 조절입니다.

부신피질자극호르몬과 코르티코스테론은 시상하부라고 하는 뇌 영역에 의해 부분적으로 조절되는 마우스 스트레스 호르몬이지만, 짧은 기간의 스트레스 후에 이러한 호르몬은 미생물 군집이 없는 마우스에서 증가할 수 있습니다.

이러한 증가된 스트레스 반응은 어린 나이에 단일 종의 박테리아를 마우스에 도입함으로써 정상으로 되돌릴 수 있는데, 이는 장 미생물 군집이 스트레스에 대한 신체 반응뿐만 아니라 호르몬 스트레스 반응의 발달과 뇌 내에서의 조정에도 영향을 미친다는 것을 시사합니다. 발달된 마우스에서 스트레스의 도입은 반대 방향으로도 작용하는 것으로 나타났으며, 짧은 기간의 스트레스만으로도 미생물 군집 내 박테리아 구성에 측정 가능한 차이가 발생할 수 있습니다.

미생물 군집의 박테리아는 우리 몸의 세포와 마찬가지로 생존을 위해 분자를 분해하고 생성하는데, 이러한 분자의 대부분은 우리가 먹는 음식에서 공급됩니다. 이 과정을 신진대사라고 하며, 생성된 대사산물의 대부분은 혈액 내에서 순환하여 호르몬과 마찬가지로 장거리 통신 수단으로 작용할 수 있습니다.

단쇄 지방산은 장내 박테리아가 식이 섬유에서 생성할 수 있는 대사산물이며, 혈액을 순환하거나 미주신경을 직접 활성화할 수 있으므로 뇌-장-미생물 군집 통신에서 특히 흥미롭습니다.

미생물 군집이 없는 쥐는 혈액에서 트립토판이라는 아미노산 수치도 높습니다. 신경계의 맥락에서 트립토판은 중요한 신경전달물질인 세로토닌을 생성하는 데 필수적인 성분입니다. 따라서 장내 미생물 군집은 혈액에서 트립토판의 가용성을 제한함으로써 뇌의 신경전달물질 생성과 신경 기능에 영향을 미칠 수 있습니다.


면역 체계
장이 부적절하거나 잠재적으로 해로운 면역 반응 없이 건강한 미생물 군집을 수용하기 위해 장관은 특수한 면역 환경을 발달시켰습니다.

미주 신경은 장의 무결성을 촉진하고 장에서 면역 세포의 활성화를 적극적으로 억제하여 이러한 항염증 환경에 기여합니다.

미주 신경의 이러한 항염증 효과는 뇌의 시상하부에서 조정되고 미생물 군집의 영향을 받는 앞서 언급한 호르몬 스트레스 반응에 의해 부분적으로 조절됩니다.

장관 의 면역 체계가 감염에 적절하게 반응할 만큼 활성 상태를 유지하는 것이 중요하지만, 이 반응을 적절하게 조절하는 것의 중요성은 염증성 장 질환 (IBD) 과 같이 조절이 잘못되었을 때 발생하는 일을 통해 가장 잘 입증됩니다 .

염증의 영향은 장에만 국한되지 않습니다. 면역 세포와 염증 신호는 감염에 대한 전신 반응을 일으키기 위해 혈액 내에서 순환하도록 매우 적응되어 있습니다. 연구자들은 또한 과도한 염증이 뇌의 섬세한 신경 세포에 특히 해로운 영향을 미칠 수 있다는 것을 알고 있습니다. 신경 염증에 대한 이 비교적 새로운 연구 분야조차도 미생물군이 일반적인 면역 반응을 '훈련'하는 데 중요한 역할을 하지만 뇌에서만 발견되는 미세아교세포라고 알려진 특수 면역 세포의 발달에도 중요한 역할을 하기 때문에 단독으로 고려할 수 없습니다.

신경 질환에서 장과 미생물군 축의 역할

미생물 군집의 박테리아는 장내와 매우 밀접하게 접촉하고 있기 때문에 크론병 및 궤양성 대장염 과 같은 염증성 장 질환 과 기능성 장 질환인 과민성 대장 증후군 (IBS) 이 있는 개인에서 미생물 군집의 변화가 발견되는 것은 놀라운 일이 아닙니다 .

그러나 앞서 논의했듯이 장과 뇌는 고립되어 존재하지 않으며 사실 여러 경로를 통해 연결되어 있습니다. 연구자들은 이제 미생물 군집이 장 상태뿐만 아니라 뇌를 포함한 다양한 질병과 장애에서도 교란될 수 있다는 것을 알고 있습니다 .

정신 질환

미생물 군집과 뇌 사이의 신경 연결에도 불구하고, 생쥐에서 수행된 실험에서 미생물 군집이 우리의 행동에 영향을 미칠 수 있다는 것은 여전히 ​​놀라운 일입니다.

구체적으로, 미생물 군집이 없는 생쥐는 '불안과 유사' 및 '우울증과 유사'로 설명할 수 있는 행동 방식의 변화를 보입니다.

유사한 실험에서 미생물 군집이 뇌의 발달에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 미생물 군집이 없는 생쥐의 신경 세포 간 연결에서 물리적 차이가 나타났습니다.


이러한 결과는 미생물 군집이 뇌 발달에 미치는 미묘한 영향이 시간이 지남에 따라 개인의 행동과 정신적 웰빙에 영향을 미칠 수 있다는 흥미로운 가능성을 제기합니다. 과학자들은 생쥐를 사용하여 복잡한 인간의 정신 질환을 조사하는 데 한계가 있음을 깨닫습니다. 즉, 우울증에 걸린 생쥐는 어느 정도까지만 우울증에 걸린 인간과 비슷할 것입니다. 그러나 미생물 군집에서 비롯된 행동과 신경 발달의 변화는 그럼에도 불구하고 놀랍습니다.

“뇌 신경화학 및 감정적 행동을 형성하는 데 있어서 온전한 장내 미생물 군집의 심오한 역할을 시사하는 보고서에 대한 초기 회의론은 많은 정신과 및 신경 질환의 개념화에서 전례 없는 패러다임 전환으로 이어졌습니다.”

쥐를 사용하여 수집한 결과와 일치하게, IBS 또는 IBS 관련 장애(만성 골반 통증이나 과민성 방광 등)로 진단받은 환자는 일반 인구 집단보다 우울증과 같은 정신 질환을 더 흔히 나타냅니다.

위장 문제와 미생물군 파괴는 자폐 스펙트럼 장애가 있는 개인에게도 발생하며, 위장관 증상과 자폐증 증상은 심각도 면에서 연관이 있는 것으로 보입니다.

이러한 관찰 결과는 정신 건강과 행동이 위장관과 미생물군과 연관이 있음을 시사하는데, 이는 쥐 실험에서뿐만 아니라 인간에서도 마찬가지입니다.

신경퇴행성 질환

뇌-장-미생물 군집 축은 뇌의 발달과 기능뿐만 아니라 신경 퇴행성 질환 중에 발생하는 신경 세포 사멸에도 중요합니다. 과학자들은 파킨슨병 환자 , 그리고 최근에는 알츠하이머병 환자도 신경 퇴행성 질환과 위장관 사이의 연관성을 나타내는 변형된 미생물 군집을 가지고 있다는 것을 보여주었습니다.

파킨슨병 환자에게 위장관이 질환에 관여하는 것은 그다지 놀라운 일이 아닐 것입니다. 파킨슨병은 잘 문서화된 위장관 증상으로 나타날 수 있기 때문입니다. 그러나 최근 증거에 따르면 위장관과 뇌-장-미생물 군집 축이 이전에 생각했던 것보다 질환에 더 중요할 수 있습니다.

변비는 파킨슨 병의 아주 초기 단계에서 나타나는 흔한 위장관 증상으로, 종종 이 질환을 정의하는 운동 관련 문제가 나타나기 전에 나타납니다.

변비는 장관의 장 신경계가 손상되어 발생합니다. 그러나 과학자들은 변비의 심각성과 배변 빈도를 통해 파킨슨병 발병 위험을 추정할 수 있다는 사실도 발견했습니다.


파킨슨 병에서 미생물 군집이 활발하게 관여한다는 증거도 있습니다. 질병의 마우스 모델을 사용하여 수행한 실험에서 장내 미생물 군집을 제거하면 운동 관련 증상이 감소했지만 인간 파킨슨병 환자로부터 채취한 장내 미생물을 도입하면 증상이 증가했습니다.


이러한 발견을 종합해 보면 파킨슨병이 실제로 장에서 시작되어 뇌-장-미생물 축을 통해 뇌로 퍼질 수 있다는 생각에 신빙성을 부여합니다.


미래 전망과 치료

뇌-장-미생물군 축의 일부인 의사소통 경로는 전통적으로 전적으로 신경학적이거나 전적으로 위장관적이라고 생각했던 질병이 관련될 수 있는 메커니즘을 제공합니다.

그에 따라, 교란된 미생물군과 관련된 수많은 광범위한 상태는 미생물군과 이 의사소통 축이 건강을 증진하는 데 중요한 역할을 할 수 있으며, 잠재적으로 질병을 진단하고 치료하는 데도 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다.

의료 분야에서 미생물군을 활용하기 위한 한 가지 접근 방식은 과민성 대장 증후군과 같은 질환을 예방하거나 증상을 완화하는 방법으로 건강한 위장관 박테리아 ( 프리바이오틱스 )의 성장을 촉진하기 위해 보충( 프로바이오틱스 )하거나 영양을 제공하는 것입니다 .

이러한 접근 방식에 대한 관심으로 인해 2016년 41억 1,000만 달러에서 2022년 69억 5,000만 달러(USD)로 성장할 것으로 예상되는 글로벌 프로바이오틱스 건강보조식품 시장이 형성되었습니다.

그러나 이러한 성장에도 불구하고 현재로서는 프로바이오틱스를 이용해 개별 질환을 치료할 때의 구체적인 유형, 복용량, 기간 및 투여 방식에 대한 증거가 거의 없지만 이 분야에서 지속적으로 더 많은 연구가 진행되고 있습니다.

대변 ​​이식은 위장관 질환뿐만 아니라 신경 및 정신 질환의 미래 치료에도 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 소규모 임상 시험을 통해 연구자들은 최근 자폐 스펙트럼 장애가 있는 개인에게 건강한 미생물 군집을 이식하면 위장관 및 행동 증상이 모두 개선되었음을 보여주었습니다.

뇌에서 장 방향으로, 미주신경 자극의 항염증 및 장내 무결성 효과는 미생물 군집의 건강한 박테리아 균형을 회복하여 염증성 장 질환의 장 염증을 완화하는 데 잠재력이 있을 수 있습니다.

"지난 10년은 강력한 숨겨진 장기를 보여주었습니다. 다음 10년은 이 새롭게 발견된 장기를 진단 고려에 광범위하게 포함하고 많은 질병의 치료적 개입을 위한 표적 조작에 포함시킬 것입니다."

우리는 질병 치료 및 예방에 대한 개입에 대한 더 많은 기회를 제공하는 새로운 발견으로 연구에 있어서 흥미로운 시대에 살고 있습니다. 뇌, 장, 미생물 군집 간에 존재하는 광범위한 상호작용 레퍼토리는 생물학의 복잡하고 상호 연결된 본질의 한 예일 뿐입니다.

적응하기 위해 의학 연구는 이전에 별개로 여겨졌던 전문 분야 간의 협업을 향한 흥미롭고 전례 없는 문화적 변화를 겪고 있습니다. 아마도 뇌-장-미생물 군집 축에 대한 연구보다 이러한 변화의 더 좋은 예는 없을 것입니다.


그러나 이 현상은 이 연구 분야에 국한되지 않으며, 정신 질환에서 염증의 역할에서 치과 치료와 심장병의 관계에 이르기까지 전반적으로 흥미로운 새로운 발전이 이루어지고 있습니다.