에머런 메이어 UCLA 교수는 7월 17일 글로벌사이버대학교(총장 이승헌)가 국제뇌교육종합대학원대학교, 한국뇌과학연구원과 공동으로 ‘뉴노멀 시대, 사회적 면역력, 수승화강’을 주제로 온라인으로 개최한 ‘2021 휴먼테크놀로지 컨퍼런스(Human Technology Conference)’에서 “장과 면역의 관계”를 주제로 컨퍼런스 1부 석학 강연을 했다.

에머런 메이어 교수는 뇌와 장의 상호작용에 초점을 두고 지난 40년간 뇌와 몸의 상호작용을 연구해왔다. 뇌와 장내 미생물군의 상호작용과 만성적인 내장 통증 분야의 개척자이자 세계적인 권위자이다. 메이어 교수의 저서 “ THE Mind-Gut connection“은 국내에 번역되어 ”뇌와 장의 은밀한 대화 더 커넥션“(김보은 옮김, 브레인월드)라는 제목으로 발간되었다.

이날 메이어 교수는 뇌와 장내 미생물과 면역계 사이의 복잡한 상호작용을 모형으로 설명하면서 “건강과 관련하여 발생하는 많은 문제가 이 모형 내 두 가지 주요한 변화에서 비롯된다”고 소개했다. 하나는 주로 뇌에 작용하는 심리 사회적 스트레스 요인이고, 다른 하나는 장에 작용되는 식이 스트레스 요인이다.

  메이어 교수는 “ 지난 10년 동안 장내 미생물에 대한 관점에는 큰 변화가 있었다”라면서 먼저 우리가 한동안 흔히 알고 있었던 사실로 많은 대사 기능 중 장내 미생물의 능력을 확인할 수 있는데, 이들은 저항 녹말을 포함하는 복잡한 섬유 분자를 단쇄 지방산으로 분해하는 능력이 있다고 말했다. 미생물은 우리가 일반적으로 음식을 섭취하면 내장에서 흡수할 수 없는 큰 분자를 흡수가 용이한 작은 분자로 분해하여 우리 몸에 영향을 미친다.

이어 그는 “우리는 장내 미생물과 그들의 대사 사이에 커뮤니케이션이 있다는 것을 이미 알고 있다. 우리가 식단을 통해 섭취하는 아미노산의 단쇄 지방산 또는 대사물은 면역 체계를 조절하는데, 염증성 장 질환과 같은 장의 염증 상태에 대한 회복력에 기여한다”라며 “장내 미생물 대사 산물과 세포벽 구성 요소의 상호작용에 대한 또 다른 중요한 영향은 최근 식품 알레르기와 식품 민감도의 상승에 역할을 하는 장내 면역계와 관련이 있다”고 말했다.

또한 그는 “이와 같은 장내 미생물의 특정 대사 산물인 TMAO라고 하는 물질이 심혈관 질환의 주요 위험 요인으로 확인되었다”고 덧붙였다.

메이어 교수는 “장내 미생물은 생명체의 꽤 지능적인 부분이다. 그들은 최대 2천만 개의 미생물 유전자를 보유하고 있는데 이는 인간 유전자 2만 개를 훨씬 능가하는 숫자이다.”며 “우리가 장내 미생물과 밀접한 공생 관계에 있는 이 모든 유전 정보의 99%를 무시해왔다는 흥미로운 추측이 있었다”고 소개했다.

그는 “미생물 유전자는 훨씬 더 광범위하고 많은 기능을 보유하고 있으며, 이 중 대부분은 우리가 잘 알지 못한다”며 “미생물은 방대한 정보를 유전적으로 저장함으로써 세 가지 유형의 신호를 생성한다”고 말했다.

그 세 가지는 하나는 우리가 먹는 식단에서 파생되는 것이고, 다른 하나는 우리 몸이 생성하는 분자로부터 파생된다. 나머지 하나는 미생물 그 자체로부터 파생되는데, 미생물 막은 우리의 면역 시스템과 상호작용하는 분자를 보유하고 있다.

메이어 교수는 음식을 섭취하면 수 천개의 분자와 식물 화학 물질을 포함하는, 이러한 영양소들은 내장 속에 있는 많은 수의 미생물에 의해 대사된다. 이들이 엄청난 양의 대사물들과 신호 분자를 생성하며 신체와 면역 시스템과 뇌를 포함한 우리 몸의 다른 시스템과 상호작용한다고 설명했다.

또한 메이어 교수는 “우리가 식단을 통해 함께 흡수해야 하는 필수 아미노산인 트립토판은 우리 몸 속에서 생산되지 않는다”며 “겨우 몇 년 전에 트립토판이 세로토닌으로 분해될 수 있다는 것을 알게 되었다. 5HT(5-하이드록시트립타민) 분리를 확인할 수 있는데, 이는 내장 세포에 저장된다. 전체 세로토닌의 90%는 내장 세포에 저장되고, 이 세포들은 부신경을 통해 뇌와 밀접하게 소통하다”라고 말했다.

메이어 교수는 이러한 세로토닌의 합성이 세포에서 트립토판을 세로토닌으로 대사시키기 위해 호르몬을 자극하는 미생물, 즉 단쇄 지방산 또는 2차 담즙산의 신호에 의해 크게 영향을 받는다는 점이 흥미롭다고 말했다.

미생물이 매개가 되는 트립토판 대사 과정에서 세로토닌이 좋은 역할을 한다면, 또 다른 분자 그룹인 키뉴레닌은 나쁜 역할을 한다. 이러한 키뉴레닌 분자는 우리의 중추신경계, 뇌로 들어가 신경 염증과 신경 퇴화를 일으킬 수 있다.

미생물이 신진대사에서 핵심적인 역할을 하는 세번째 분자 그룹으로 인돌(indole)이 있다.

메이어 교수는 “인돌은 우리의 뇌에 이로운 영향과 해로운 영향을 모두 줄 수 있는 분자 집단이다. 인돌 계통의 특정한 종류인 인질황산염은 자폐증-스펙트럼 질환 및 알츠하이머 질환에서 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다.”라면서 “이는 하나의 분자인 트립토판의 복잡성을 설명하고 있으며, 미생물이 우리 몸의 나머지 부분에 영향을 미치는 신호 분자를 생성하는 데 중요한 역할을 한다는 것이다”라고 말했다.

그러면서 “궁극적으로, 미생물과 장과 연관된 면역 시스템 사이의 이러한 상호작용은 장내의 면역력에 주요한 영향을 미치기 때문에, 감염뿐만 아니라 우리 몸 전체의 감염을 막는다”며 “최근에 발표된 연구에서도 면역신호가 이러한 장과 간의 연결을 형성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 확인할 수 있다”고 설명했다.

메이어 교수는 사이토 카인 생산과정에 관해 “특정 미생물의 세포벽 구성 요소들, 이러한 분자 패턴은 지질다당류와 플라젤린과 같은 세포벽 구성 요소들, 즉 내장의 특정 면역 세포, 특히 초기에 수지상 세포에서 소위 톨과 같은 수용체를 활성화하여 사이토카인을 생산하기 시작한다. 이러한 사이토카인은 몸 전체로 퍼질 수 있으며, 모든 장기에 영향을 끼칠 수 있다”라면서 “그러나 사이토카인은 또한 혈관-뇌장벽을 통과하여 미세교세포인 뇌의 면역 세포를 활성화할 수 있다. 이는 염증성 캐스케이드를 증폭시키고, 이러한 면역 조절제, 특히 사이토카인은 신경세포의 활동, 구조 기능에 영향을 미쳐 신경 염증과 신경 퇴화를 일으킬 수 있다”고 설명했다.

메이어 교수는 “10~15년 전 만해도 전혀 개념화하지 못했던 것이 있는데, 특히 장에 있는 유익한 미생물이 면역 세포에 너무 가까이 접근하면 캐스케이드가 발생하게 된다. 이는 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 일부 치명적인 질병에서 역할을 할 수 있다.”고 설명했다.

메이어 교수는 “2차 세계대전 이후 지난 75년 동안 산업화가 가속화되고, 세계가 서구화되었다. 생활 방식이 바뀌고, 항생제 노출로 인해서 장내 미생물은 식민지화 되었다. 과잉 위생 조치, 특히 항생제를 이용한 의료 행위 등은 장내 미생물 생태계에 변화를 가져와 풍요성과 다양성의 감소로 이어졌다. 이로 인하여 장내 생태계는 탄력성과 저항성 면에서 어려움을 겪었다.”라면서 “75년 만에 이러한 변화에 상당히 빠르게 적응한 장내 미생물은 이제 대부분 유전적으로 결정되는 고대의 내장 면역 시스템과 상호작용한다”고 설명했다.

그는 “이것의 최종 결과는 몸 전체에 영향을 미치는 장 관련 면역 시스템을 변화시키는 것이다”라면서 그것은 만성 스트레스 요인, 식이 및 심리적 스트레스를 증가한 알로스테틱 부하라고 말했다. 알로스테틱 부하는 만성 스트레스가 스트레스 반응 시스템, 신경 시스템, 면역 시스템에 지속적으로 도전할 때, 이러한 스트레스 요인으로부터 우리를 보호하는 적응 반응을 제공하는 대신, 면역 시스템에 만성적으로 부정적인 영향을 미친다. 이것이 장 건강 및 장과 식단의 상호작용, 그리고 이 만성질환의 중심단계에 있다.

메이어 교수는 인간 영양의 중요성을 강조하면서 “우리의 식단과 영양 상태가 우리의 장내 미생물 군집과 면역 시스템의 구성과 작동에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것은 과학적인 필요, 기회 및 도전의 영역이다”라면서 “향후 20-30년 내에 이러한 연구가 주요 연구 주제가 될 것으로 예상되며, 이러한 통찰력과 솔루션을 통해 위급한 여러 글로벌 건강 문제에 대한 해결책을 마련하고 도움이 될 것으로 기대된다”라면서 마무리했다.