장-뇌 축의 비밀: 장내 미생물이 당신의 기분을 결정한다?
장내 미생물이 뇌와 기분에 영향을 준다? 장-뇌 축의 소통 경로와 정신건강 및 신경퇴행성 질환과의 관계를 알아본다.
"배가 고프면 화가 난다(hangry)"는 말이 있다. 배고픔이 감정에 영향을 미친다는 것은 누구나 경험적으로 알고 있지만, 장과 뇌의 연결이 이토록 깊고 복잡하다는 것은 비교적 최근에야 밝혀지기 시작했다. **장-뇌 축(gut-brain axis)**은 위장관과 중추신경계 사이의 양방향 소통 경로를 말하며, 최근 신경과학과 미생물학의 가장 뜨거운 연구 분야 중 하나다.
소통의 경로들
장과 뇌는 여러 채널을 통해 끊임없이 정보를 교환한다.
미주신경
가장 직접적인 경로는 **미주신경(vagus nerve)**이다. 열 번째 뇌신경인 미주신경은 뇌간에서 출발하여 심장, 폐, 소화기관을 거쳐 대장까지 이어지는 긴 신경이다. 흥미로운 점은 미주신경 섬유의 약 80%가 장에서 뇌로 정보를 보내는 구심성(afferent) 섬유라는 것이다. 즉, 뇌가 장에 지시하는 것보다 장이 뇌에 보고하는 것이 훨씬 많다.
면역 경로
장은 인체 면역세포의 약 70%가 거주하는 최대 면역 기관이기도 하다. 장내 미생물의 구성 변화는 염증성 사이토카인의 생산에 영향을 미치고, 이 사이토카인들은 혈류를 통해 뇌에 도달하여 신경염증을 유발하거나 억제할 수 있다.
신경전달물질 생산
놀랍게도 체내 **세로토닌의 약 95%**는 장에서 생산된다. 장내 세균은 세로토닌뿐 아니라 GABA, 도파민, 노르에피네프린 등 다양한 신경전달물질을 생산하거나 그 전구물질을 합성한다. 이들이 직접 뇌에 도달하는 것은 아니지만(혈뇌장벽이 있으므로), 장신경계의 신호전달과 미주신경 활성화를 통해 간접적으로 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다.
장내 미생물과 정신건강
동물 실험에서 가장 인상적인 결과 중 하나는 아일랜드 코크대학의 존 크라이언(John Cryan) 연구팀이 보여준 실험이다. 무균(germ-free) 쥐에게 우울증 모델 쥐의 장내 미생물을 이식하자, 무균 쥐도 우울증 유사 행동을 보이기 시작했다. 반대로, 특정 유산균(Lactobacillus rhamnosus)을 투여한 쥐는 불안 행동이 감소했고, 이 효과는 미주신경을 절단하면 사라졌다.
인간 연구: 아직 초기 단계
인간 연구는 동물 실험만큼 극적이지는 않지만 흥미로운 결과가 나오고 있다.
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우울증과 불안장애 환자의 장내 미생물 다양성이 건강한 대조군보다 낮다는 보고가 여러 연구에서 반복되고 있다.
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프로바이오틱스 섭취가 스트레스 호르몬(코르티솔) 수치를 낮추고 부정적 사고를 감소시킨다는 소규모 임상시험 결과가 있다.
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분변 미생물 이식(FMT)이 장 질환뿐 아니라 일부 신경정신과적 증상을 개선했다는 사례 보고가 있다.
다만, 이 분야는 아직 초기 단계에 있으며 대규모 무작위 대조군 시험(RCT)이 부족하다. 특정 미생물 종과 정신건강 결과 사이의 인과관계를 확립하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.
장-뇌 축과 신경퇴행성 질환
더 놀라운 것은 장-뇌 축이 파킨슨병, 알츠하이머병 같은 신경퇴행성 질환과도 연관될 수 있다는 점이다. 파킨슨병의 특징적 단백질인 알파-시누클레인의 비정상적 응집이 뇌보다 장신경계에서 먼저 시작될 수 있다는 하임 브라크(Heiko Braak)의 가설은 많은 관심을 받고 있다. 실제로 파킨슨병 환자의 변비 증상이 운동 증상보다 수년에서 수십 년 앞서 나타나는 경우가 흔하다.
장-뇌 축 연구는 우리가 '뇌 질환'이라고 부르던 것들이 실제로는 전신 질환일 수 있다는 관점의 전환을 촉구한다. 앞으로 이 분야의 연구가 깊어지면, 프로바이오틱스나 식이 조절이 정신건강과 신경퇴행성 질환의 보조적 치료 수단으로 자리잡을 가능성도 있다. 당분간은 다양한 식이섬유와 발효 식품을 포함한 균형 잡힌 식단이 장내 미생물 건강을 위한 가장 확실한 전략이다.
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참고 자료 (외부 링크):