뇌 건강을 위한 장내 미생물 강화법

 

허버만 랩 팟캐스트에 오신 것을 환영합니다. 이 팟캐스트에서는 일상생활에 유용한 과학과 과학 기반 도구들에 대해 이야기합니다. 저는 앤드류 허버만이며, 스탠퍼드 의대에서 신경생물학 및 안과학 교수로 일하고 있습니다.

오늘은 장과 뇌에 대해, 그리고 장이 뇌에 어떤 영향을 미치며, 뇌가 장에 어떤 영향을 미치는지에 대해 이야기하려고 합니다. 많은 분들이 이미 알고 계시듯, ’직감(gut feeling)’이라는 현상이 있습니다. 직감은 어떻게 알게 되었는지 정확히 알 수 없지만, 무언가를 아는 듯한 느낌을 말합니다. 직감의 또 다른 형태는 실제로 몸의 장에서 무언가를 느끼고, 그것이 특정 방식으로 생각하거나 느끼거나 행동하도록 유도하는 것입니다. 예를 들어, 무언가를 향해 나아가게 하거나, 반대로 멀리하게 만들 수 있습니다. 오늘은 직감의 심리학보다는 직감의 생물학, 그리고 장과 뇌의 상호작용에 대해 중점적으로 다룰 예정입니다.

사실 장은 뉴런(신경세포)을 통해 직접적으로, 그리고 신체의 화학적 변화를 통해 간접적으로 뇌와 소통합니다. 이러한 화학적 변화는 뇌로 전달되어 다양한 뇌 기능에 영향을 미칩니다. 하지만 반대 방향으로도 작용합니다. 뇌는 우리의 전체 장에도 영향을 미칩니다. 여기서 장이라 함은 단순히 위(stomach)만을 뜻하는 것이 아니라, 전체 소화관을 의미합니다. 뇌는 음식 소화 속도, 장의 화학적 상태, 그리고 스트레스 여부 같은 것들에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 사회적 도전을 겪고 있을 때나 행복할 때에 따라 장의 화학적 상태가 달라지고, 이는 다시 뇌의 작동 방식에 변화를 줍니다. 이 모든 것을 장 미생물군(gut microbiome)의 관점에서 설명하겠습니다.

장 미생물군은 소화관 전반에 걸쳐 서식하는 수조 개의 작은 박테리아들로, 신진대사, 면역 체계, 뇌 기능 등 우리 몸 전체의 작동 방식에 강력한 영향을 미칩니다. 또한, 장 건강을 유지하거나 개선하기 위해 우리가 할 수 있는 일들, 즉 실질적이고 실행 가능한 방법들도 다룰 예정입니다. 곧 알게 되시겠지만, 장 건강은 뇌와 몸의 모든 면에서 우리의 전반적인 웰빙에 매우 중요합니다. 따라서 장 건강을 최적화하고, 이를 통해 우리의 신경계 기능을 최적화할 수 있는 간단하고 실천 가능한 방법들을 오늘 다룰 것입니다.

이번 에피소드는 다음 주에 있을 특별 게스트 에피소드의 서론 역할도 합니다. 다음 주에는 스탠퍼드 대학교의 저스틴 소넨버그 박사님과 함께 장 미생물군에 대해 심도 있게 논의할 예정입니다. 저스틴 소넨버그 박사님은 장 미생물군 분야의 세계적인 전문가로, 복잡한 주제를 쉽게 풀어줄 것입니다. 그 에피소드에서도 실행 가능한 도구들에 대해 이야기할 예정입니다. 이번 에피소드는 독립된 에피소드로, 많은 정보와 도구를 얻으실 수 있습니다. 그러나 이 에피소드를 먼저 시청하신다면, 소넨버그 박사님과의 대화를 이해하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

이제 장과 뇌, 그리고 이 둘이 어떻게 양방향으로 소통하는지에 대해 이야기해 보겠습니다. 앞서 언급했듯이, 장은 항상 뇌와 소통하고 있으며, 뇌도 항상 장과 소통하고 있습니다. 이 둘은 지속적으로 상호작용을 하며, 대부분은 우리가 의식적으로 감지하지 못하는 수준에서 이루어집니다. 예를 들어, 가끔 배가 아프거나, 먹은 음식이 몸에 맞지 않는 경우를 경험하신 적이 있을 겁니다. 반대로, 정말 맛있는 음식을 먹었을 때 온몸으로 느껴지는 기분 좋은 경험도 있을 것입니다. 이러한 경우 뇌와 몸은 음식을 먹은 기쁨을 통합적으로 느끼는 것입니다.

오늘은 부정적인 예와 긍정적인 예 모두에 대해 이야기할 것입니다. 예를 들어, 정말 싫어하는 사람을 만났을 때의 느낌, 혹은 복통을 겪을 때의 부정적인 반응, 그리고 반대로 정말 좋아하는 사람과 시간을 보내고 싶을 때나 좋아하는 음식을 먹고 더 즐기고 싶을 때의 긍정적인 반응이 그것입니다. 장과 뇌는 생물학적 회로(biological circuit)로 연결되어 있습니다. 즉, A 지점이 B 지점과 소통하고, B 지점은 C 지점과 소통하는 식으로 작동합니다. 그리고 이는 양방향으로 작동합니다.

‘장’이라는 단어를 사용할 때, 저는 단순히 ‘위’를 뜻하는 것이 아닙니다. 대부분의 사람들은 장을 위와 동일시하지만, 장-뇌 신호 및 관련 미생물군과 관련해서는 전체 소화관을 의미합니다. 소화관에는 신경 세포(뉴런)가 존재하며, 이들은 특정한 뇌 영역과 소통해 도파민이나 세로토닌 같은 특정 신경 화학물질의 방출을 유도합니다. 이 신경 화학물질들은 특정 음식을 더 찾거나 특정 상호작용이나 행동을 선호하도록 동기를 부여하기도 하고, 반대로 특정 음식을 피하도록 유도하기도 합니다. 그리고 이러한 뉴런들 중 많은 수는 위가 아닌 장에 위치해 있습니다. 작은창자(소장)나 큰창자(대장)에 위치할 수 있으며, 실제로 여러분의 소화관 전체에는 맛을 느끼는 수용체와 뉴런이 존재합니다. 소화관을 따라 분포한 뉴런들은 뇌와 소통하며, 여러분의 생각, 감정, 행동에 영향을 미칩니다.

장-뇌 축(gut-brain axis)을 이해하기 위해서는 뇌와 장 각각에 대해 살펴볼 필요가 있습니다. 먼저 뇌에 대해 간단히 이야기하겠습니다. 여기서 ‘뇌’라는 단어는 다소 오해의 소지가 있습니다. 장-뇌 축이라는 용어에서 뇌는 단순히 뇌만을 의미하는 것이 아니라, 다른 여러 요소도 포함합니다.

여러분 중 이 팟캐스트를 자주 들으셨다면 아시겠지만, 그렇지 않더라도 괜찮습니다. 우리의 신경계는 뇌와 척수로 이루어져 있으며, 이를 중앙신경계(CNS)라고 부릅니다. 눈의 뒤쪽에 위치한 망막(빛을 감지하는 부분)도 중앙신경계의 일부로, 사실상 눈은 뇌의 일부라고 볼 수 있습니다. 망막은 두개골 외부에 위치한 유일한 뇌의 부분입니다. 즉, 망막, 뇌, 척수가 중앙신경계를 구성합니다.

중앙신경계 이외의 신경계 요소는 말초신경계(PNS)라고 부르며, 망막, 뇌, 척수 외부에 위치한 신경계 요소를 포함합니다. 이 점은 오늘 이야기할 주제에서 매우 중요합니다. 왜냐하면 장이 뇌와 소통하는 방식은 말초신경계를 통해 이루어지기 때문입니다. 즉, 장과 신체 다른 부위에 위치한 신경세포들이 뇌와 소통하며 중앙신경계에 영향을 미쳐 우리의 생각과 감정에 영향을 미칩니다. 이것이 바로 장-뇌 축에서 신경계가 담당하는 부분입니다. 여기서 ‘뇌’는 제가 앞서 설명한 모든 요소를 포함하는 약칭입니다. 장이라는 단어 역시 소화관 전체를 포함합니다.

이제 소화계통, 즉 장의 구조에 대해 이야기해보겠습니다. 당연히 소화계는 입에서 시작하여 항문에서 끝납니다. 소화관 전체에는 여러 개의 괄약근이 있어 소화관의 각 구획을 나누고 있습니다. 또한 소화관을 따라 산도(또는 pH)가 다양하게 분포합니다. 이러한 산도의 변화는 특정 미생물군이 번성하거나 쇠퇴할 수 있는 작은 환경을 만들어냅니다. 따라서 소화관을 단일 구성 요소로 생각하지 마시고, 다양한 산도를 가진 작은 환경들의 집합으로 생각하시면 됩니다. 예를 들어, 특정 미생물이 번성하기 좋은 환경이 있는가 하면, 그렇지 않은 환경도 존재합니다. 여러분의 행동이나 경험에 따라 이러한 환경들이 조정되어 특정 미생물들이 번성하거나 쇠퇴하게 됩니다.

사실, 여러분의 미생물군은 태어나자마자 형성되기 시작합니다. 제왕절개로 태어났는지 자연 분만으로 태어났는지에 따라 큰 영향을 받습니다. 또한 태어날 때 누가 여러분을 다뤘는지, 얼마나 많은 피부 접촉이 있었는지, 미숙아로 태어났는지, 애완동물과 함께 자랐는지, 흙에서 놀았는지, 아니면 매우 청결한 환경에서 자랐는지 등도 영향을 미칩니다.

소화관은 매우 길며, 만약 소화관의 모든 곡선과 굴곡을 펼친다면 약 9미터 정도 길이가 됩니다. 소화관의 구조는 장-뇌 신호 전달에 매우 중요한 역할을 합니다. 소화관은 하나의 관처럼 생겼으며, 그 속의 빈 공간을 루멘(lumen)이라고 부릅니다. 하지만 소화관 벽은 전체적으로 매끄럽지 않고, 특히 많은 부분은 뇌의 주름처럼 생긴 굴곡과 돌기를 가지고 있습니다. 소화관의 굴곡과 주름은 점막으로 이루어져 있으며, 점액이 많이 존재합니다.

자세히 들여다보면, 소화관에는 작은 털 모양의 세포 구조인 미세융모(microvilli)가 있어서 소화관을 따라 음식물을 이동시키는 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 미생물군은 입에서 시작하여 소화관의 끝에 이르기까지 소화관의 루멘(lumen, 관의 속 공간) 곳곳에 서식하며, 미세융모와 루멘에도 분포합니다. 소화관의 굴곡과 주름을 자세히 살펴보면, 특정 생물체가 성장하고 서식하기에 적합한 작은 공간들이 존재합니다. 이러한 공간들이 다소 비위에 거슬릴 수도 있지만, 사실 이는 좋은 것입니다. 특히 장에 유익한 미생물이 서식하고, 뇌에 긍정적인 신호를 보내는 경우에는 더욱 그렇습니다. 이 신호가 어떻게 전달되고 이루어지는지에 대해 곧 이야기하겠습니다.

하지만 우선, 소화관에 대한 명확한 이미지를 머릿속에 그릴 수 있도록 돕고 싶습니다. 대부분 사람들은 소화관을 떠올릴 때 단순히 위 속에 음식물이 들어가서 소화되는 모습만 생각하지만, 소화관은 훨씬 더 복잡하고 흥미로운 구조를 가지고 있습니다.

지금까지 ’장 미생물군(microbiome)’과 ’미생물(microbiota)’이라는 용어를 사용했습니다. 혼란을 피하기 위해 이 용어들을 조금 더 구체적으로 정의하겠습니다. ’미생물(microbiota)’은 실제 박테리아를 의미하며, ’미생물군(microbiome)’은 이 박테리아뿐만 아니라 박테리아가 생성하는 유전자를 포함합니다. 이 유전자들은 우리의 건강에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

여러분은 지금 약 2~3kg, 즉 6파운드 이상의 미생물을 몸에 지니고 있습니다. 현미경으로 들여다보면, 이 미생물들은 비교적 단순한 생물체로 보입니다. 어떤 미생물은 점막이나 미세융모, 또는 특정 공간에 정착해 있고, 다른 미생물은 이동할 수 있습니다. 이들은 소화관의 루멘 전체에 퍼져 있으며, 미세융모의 표면을 감싸고, 작은 틈새들 속에 자리 잡습니다. 핀 머리 크기의 공간을 현미경으로 들여다보면 수백, 아니 수천 개 이상의 미생물이 들어갈 수 있습니다. 제가 이렇게 폭넓게 이야기하는 이유는 미생물의 크기와 이동 여부가 다양하기 때문입니다.

이 미생물들은 장에서 끊임없이 생성되고 소멸합니다. 일부는 오랜 시간 동안 장에 머무르지만, 일부는 배출됩니다. 사실 대변의 약 60%는 살아 있거나 죽은 미생물로 구성되어 있습니다. 장내 미생물의 생성과 배출은 장의 화학적 상태와 우리가 섭취하는 음식에 크게 좌우됩니다. 우리가 먹는 음식이 미생물군에 큰 영향을 미친다고 해서 다른 요소가 영향을 미치지 않는 것은 아닙니다.

미생물군은 입을 통해, 호흡을 통해, 키스를 통해, 그리고 피부 접촉을 통해 소화관으로 들어옵니다. 사실, 우리가 누구와 상호작용하는지, 어떤 환경에 있는지가 미생물군에 큰 영향을 미칩니다. 이는 우리가 동물과 상호작용하는지 여부도 포함됩니다. 예를 들어, 동물이 있는 가정에서 자랐는지, 사회적 접촉(피부 접촉)이 많았는지, 아니면 동물이나 접촉이 거의 없는 환경에서 자랐는지가 미생물군에 영향을 미칩니다. 간단히 말해, 우리가 먹는 음식이 미생물군에 영향을 미칠 뿐 아니라, 우리가 하는 행동, 생각, 감정, 그리고 사회적 상호작용 또한 영향을 미칩니다.

신경생물학자에게 미생물군의 역할에 대해 묻는다면, 미생물군이 뇌 기능에 영향을 미치기 위해 존재한다고 말할 것입니다. 하지만 미생물학자인 제 친구들은 아마도 뇌와 신경계가 미생물군을 지원하기 위해 존재한다고 주장할 것입니다. 즉, 서로 상호작용하며 우리의 몸에 영향을 미치는 것입니다.

우리 몸에 자리 잡고 있는 미생물들은 자신들이 무엇을 하고 있는지 인식하지 못하는 것으로 보입니다. 그들이 의식을 가지고 있는지 아닌지는 확실히 알 수 없지만, 가능성은 낮아 보입니다. 그럼에도 불구하고, 이들은 소화관을 따라 다양한 환경을 활용하며 살아가고 있습니다. 예를 들어, 우리가 대화하는 사람들, 숨을 함께 쉬는 사람들, 악수를 나누는 사람들, 키스하는 사람들, 혹은 키스를 하지 않는 사람들, 우리가 애정을 나누는 상대, 그리고 우리가 키우는 강아지, 고양이, 도마뱀, 쥐와 같은 반려동물들까지 모두 우리의 미생물군에 영향을 미칩니다. 이 점은 의심의 여지가 없습니다.

이제 여러분은 소화 경로의 구조와 소화 경로를 따라 사는 수조 개의 작은 미생물들에 대해 어느 정도 이해하셨을 겁니다. 하지만 지금까지 다루지 않았던 주제는 이 미생물들이 실제로 소화관에서 어떤 일을 하는지입니다. 이 미생물들은 단순히 그곳에 자리 잡고 살아가는 것뿐만 아니라, 우리의 소화에도 기여합니다. 예를 들어, 이 미생물들이 생성하는 유전자들 중 다수는 발효와 특정 영양소 소화를 돕는 데 관여합니다. 그리고 우리가 섭취하는 음식이 이 미생물들이 만드는 효소를 어떻게 변화시키는지에 대해 조금 후에 이야기하겠습니다. 효소는 소화 과정에서 중요한 역할을 하며, 음식을 분해하는 것을 도와줍니다. 따라서 이 미생물들은 여러 가지 방식으로 우리를 돕고 있습니다. 만약 특정 음식을 소화하는 데 도움을 줄 수 있는 미생물이 부족하다면, 그 음식을 소화하는 데 어려움을 겪을 가능성이 높습니다.

이 미생물들이 하는 또 다른 놀라운 일은 특정 신경전달물질의 대사나 대사를 촉진함으로써 뇌의 기능을 변화시키는 것입니다. 예를 들어, 특정 미생물이 GABA와 같은 화학물질로 전환되거나 이 전환을 촉진함으로써 우리의 기분을 좋게 하거나 나쁘게 할 수 있습니다. GABA는 억제성 신경전달물질로, 다른 뉴런의 활동을 억제하는 역할을 합니다. 이것이 나쁜 일처럼 들릴 수 있지만, 실제로는 불안을 억제하거나 진정제를 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 간질 환자의 경우, GABA를 생성하는 뉴런의 신호 전달이 방해받을 수 있으며, 이는 과도한 흥분성 신호(글루타메이트를 방출하는 뉴런)에 의해 발작으로 이어질 수 있습니다. 요약하자면, 미생물들은 신경화학물질을 생성함으로써 뇌의 기능에 영향을 미칩니다. 따라서 이러한 미생물을 지원하는 것이 중요합니다.

오늘은 이를 지원하기 위한 도구들에 대해서도 이야기하겠습니다. 이 시점에서 중요한 점은, 미생물들이 음식을 소화하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 GABA, 도파민, 세로토닌과 같은 신경전달물질을 생성하는 데도 기여한다는 것입니다. 이 미생물들은 면역 체계, 뇌 기능, 소화 등 다양한 생물학적 기능에 깊은 영향을 미칩니다.

이제 여러분은 장 미생물군에 대한 비교적 완전한 그림을 얻으셨을 겁니다. 이제 장 미생물군과 뇌, 혹은 더 정확히 말하자면 장 미생물군과 신경계가 어떻게 소통하는지에 대해 이야기하겠습니다. 뉴런, 즉 신경세포는 신경계에서 대부분의 주요 역할을 담당하는 세포입니다. 물론 글리아 세포와 같은 중요한 세포들도 존재합니다. 예를 들어, 내피 세포는 혈류를 담당하며, 페리사이트와 다른 유형의 세포도 존재합니다. 하지만 신경계 기능의 대부분에서 뉴런이 핵심 역할을 합니다. 장에는 뉴런이 존재하며, 이는 놀라운 일이 아닙니다. 뉴런은 뇌, 척수, 눈, 심장, 폐, 비장 등 신체 곳곳에 존재하며, 모든 기관과 조직을 연결합니다. 장에도 뉴런이 존재한다는 것은 놀랄 일이 아닙니다. 그러나 장의 점막 부근 또는 루멘 근처에 위치한 특정 유형의 뉴런이 존재하며, 이 뉴런들이 신호를 주고받는다는 점은 매우 흥미롭습니다.

장에 있는 특정 뉴런들은 영양소와 미생물군에 ‘주의를 기울이는’ 역할을 합니다. 이 뉴런들은 화학적 상태, 영양소의 질, 그리고 주변 환경의 다른 요소들을 감지하여, 신경 축삭(axon)이라는 긴 선을 통해 뇌로 신호를 전달합니다. 이러한 신호는 뇌에 특정 음식을 더 찾아 먹도록 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 대부분의 사람들이 단 음식을 좋아합니다. 저는 개인적으로 단 음식을 그다지 즐기지 않지만, 좋은 다크 초콜릿이나 아이스크림은 좋아합니다. 그리고 도넛에 대한 약한 점도 있습니다. 자주는 아니지만 여전히 좋아합니다.

단 음식을 먹으면, 소화는 입에서 시작됩니다. 효소가 음식물을 분해하고, 음식물이 씹힌 후 소화관으로 내려가면서 뉴런이 활성화됩니다. 특정 영양소, 예를 들어 설탕, 지방산, 아미노산이 존재하면 뉴런이 전기적으로 활성화됩니다. 이러한 뉴런들은 ’장내 내분비 세포(enteroendocrine cells)’로 알려져 있지만, 최근에는 ’뉴로포드 세포(neuropod cells)’라고도 정의됩니다.

이 뉴로포드 세포는 Duke University의 Diego Bohorquez 연구실에서 발견했으며, 이는 지난 10년 동안 이루어진 놀라운 발견들입니다. 이 세포들은 설탕, 지방산, 아미노산에 의해 활성화되지만, 특히 설탕에 강하게 반응하는 경향이 있습니다. 이 세포들은 단맛을 감지하는 시스템의 일부로 보이며, 특정 위치의 장에서 감지한 정보를 뇌로 보내는 역할을 합니다.

이 과정은 ’미주 신경(vagus nerve)’이라는 신경 경로를 통해 이루어집니다. 미주 신경은 말초 신경계의 일부이며, 다양한 가지를 가진 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 미주 신경의 뉴런은 세포체(soma)라는 부분을 가지고 있는데, 이 세포체는 목 부근의 ’노도즈 신경절(nodose ganglion)’에 위치해 있습니다. 노도즈 신경절은 목 양쪽에 있는 작은 뉴런 덩어리로, 하나의 축삭(axon)을 장으로 보내고, 다른 축삭은 뇌로 보냅니다. 미주 신경은 간, 폐, 심장, 후두, 비장 등 다양한 신체 부위로 연결되지만, 여기서는 장에서 뇌로 신호를 보내는 뉴런에 집중하고 있습니다.

Bohorquez 연구실의 연구에 따르면, 뉴로포드 세포는 네트워크의 일부로, 다양한 영양소를 감지합니다. 특히 설탕을 감지하면, 전기 신호를 뇌로 보내 뇌의 특정 부위를 활성화하고, 특정 음식을 더 찾도록 유도합니다. 이를 입증한 실험 결과는 매우 흥미롭습니다. 예를 들어, 단 음식을 혀로 맛보지 않고 소화관에 직접 주입했을 때도 사람들이 단 음식을 선호하는 경향이 있었습니다. 단 음식과 쓴 음식, 혹은 더 단 음식과 덜 단 음식을 소화관으로 주입했을 때, 사람들은 여전히 단 음식을 선택했습니다. 이는 우리가 단 음식을 좋아하는 이유가 단순히 맛 때문이라는 일반적인 생각을 넘어, 장-뇌 신호가 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 우리가 단 음식의 “맛있음”을 느끼는 경험에는 우리가 의식적으로 감지하지 못하는 장의 감각도 포함되어 있습니다. 이 사실을 어떻게 알 수 있을까요?

Duke University의 Bohorquez 연구실은 최신 연구 방법을 사용해 실험을 진행했습니다. 그 결과, 동물이나 인간은 단맛을 감지하는 미각 시스템을 우회하더라도 특정 단 음식을 더 찾아 먹으려고 한다는 것이 밝혀졌습니다. 반대로, 장에서 단 음식을 감지하는 뉴런의 활성화를 제거하면, 단 음식을 먹는 선호도가 낮아지는 현상도 확인되었습니다.

예를 들어, 1980년대에 진행된 고전적 실험에서는 ’횡격막 아래 미주 신경 절단술(subdiaphragmatic vagotomy)’을 통해 미주 신경의 장 연결 부위를 차단했습니다. 이로 인해 장의 단맛 감지 메커니즘이 제거되었음에도 불구하고 사람들은 여전히 입으로 단 음식을 맛볼 수 있었습니다. 그러나 장 감각 없이 단 음식을 먹을 때는 그 음식을 덜 찾는 경향을 보였습니다. 더 최근의 실험에서는 뉴로포드 세포(neuropod cells)를 선택적으로 비활성화하는 방법이 사용되었습니다.

이러한 연구들은 우리가 특정 음식을 경험하고 선호하게 되는 이유가 단순히 맛 때문만은 아니라는 점을 보여줍니다. 입에서 느껴지는 맛, 음식의 질감, 목을 통과할 때의 감각 등도 중요한 요소이지만, 장에서 발생하는 무의식적 처리 또한 큰 영향을 미칩니다. 특히 장 내 뉴로포드 세포는 단 음식뿐만 아니라 특정 아미노산이나 지방산이 풍부한 음식도 감지하여 뇌로 신호를 보냅니다. 이 신호는 뇌를 자극해 해당 음식을 더 많이 찾고 섭취하도록 유도합니다.

그렇다면, 이러한 신호는 어떻게 작동할까요? 이 과정은 특정 신경조절물질(neuromodulator)의 방출을 통해 이루어집니다. 신경조절물질은 신경전달물질(neurotransmitter)과 비슷하지만, 더 광범위하게 작용하며 많은 뉴런에 동시에 영향을 미칩니다. 대표적인 예로 도파민(dopamine), 세로토닌(serotonin), 아세틸콜린(acetylcholine), 에피네프린(epinephrine) 등이 있습니다. 뉴로포드 세포는 미주 신경의 특정 가지를 통해, 앞서 언급한 노도즈 신경절(nodose ganglion)을 거쳐 뇌간의 여러 지점을 통해 신호를 전달합니다. 결국 이 신호는 도파민의 방출을 유도합니다.

도파민은 흔히 쾌감과 보상과 관련 있다고 알려져 있지만, 더 정확히는 동기 부여, 갈망, 추구와 같은 행동을 조절하는 신경조절물질입니다. 도파민은 우리가 행동을 취하도록 유도하며, 먹는 맥락에서는 특정 음식을 더 찾고, 씹고, 집어 들고, 더 많이 섭취하게 만듭니다. 이러한 만족감과 기쁨은 입에서 느껴지는 맛뿐만 아니라, 뉴로포드 세포의 활성화에 의해 발생합니다. 이는 장-뇌 신호 전달 시스템의 놀라운 예이며, 우리가 현재 가장 잘 이해하고 있는 시스템 중 하나입니다. 다른 장-뇌 신호 전달 시스템, 예를 들어 세로토닌 시스템에 대해서도 곧 이야기하겠습니다. 하지만 뉴로포드 세포가 단맛, 지방산, 아미노산을 감지하고 이를 뇌로 전달해 특정 음식을 더 찾게 만드는 이 경로는 장-뇌 축의 아름다움과 강력함을 잘 보여주는 사례입니다.

시간적 측면에서 보자면, 이러한 뉴런은 전기 신호를 사용해 특정 음식군을 찾도록 뇌를 자극하며, 이는 비교적 빠르게 이루어지는 과정입니다. 장-뇌 신호 전달은 뉴런(신경세포)을 통해 빠르게 이루어질 수 있지만, 호르몬 경로를 통해서도 이루어집니다. 장에 있는 일부 신경세포는 호르몬을 방출하며, 이 호르몬에는 CCK, 글루카곤 유사 펩타이드-1(GLP-1), PYY 등이 포함됩니다. 예를 들어, ‘그렐린(ghrelin)’ 경로는 호르몬 경로 중 하나로, 조금 더 느리게 작동하지만 매우 중요한 역할을 합니다.

그렐린은 공복 상태에서 증가합니다. 즉, 음식을 섭취한 지 오래되었거나 필요한 칼로리를 충분히 섭취하지 못했을 때 혈류 내 그렐린 수치가 상승합니다. 이 과정은 장과 신경계를 포함한 여러 메커니즘을 통해 이루어지며, 이는 전반적으로 음식을 찾으려는 욕구를 자극합니다. 그렐린 시스템은 특정 음식군(예: 단 음식, 지방이 많은 음식 등)을 선호하도록 유도하지는 않지만, 단순히 배고픔을 느끼게 하고 음식을 찾게 만듭니다.

그렐린은 뇌의 신경 회로에 영향을 미쳐 우리를 각성 상태로 만들고 자율 신경계 활동을 높입니다. 음식을 섭취하지 않은 지 오래되면 에너지가 부족해져 피곤해질 것이라고 생각하기 쉽지만, 실제로는 에너지를 찾기 위해 더 많이 움직이고, 주변을 더 탐색하게 됩니다. 이 과정은 뇌간 자율 신경 센터와 시상하부(hypothalamus) 내에서 이루어지며, 특히 고립로핵(NST, nucleus of the solitary tract)이라는 뇌의 특정 영역이 이러한 순환 호르몬에 강하게 반응하여 먹는 행동을 촉진합니다. 중요한 점은, 장의 영양 상태 또는 영양소 부족을 감지하고 음식을 찾거나 섭취를 멈추게 하는 빠른 시스템이 있다는 것입니다.

그리고 이러한 빠른 신경 경로와 더불어, 느리지만 호르몬과 관련된 시스템도 존재하며, 이 두 시스템은 동시에 작동합니다. 이 두 시스템은 병렬적으로 운영되며, 한 시스템이 작동을 멈춘 뒤 다른 시스템이 시작되는 방식이 아닙니다. 이 점은 생물학에서 자주 나타나는 병렬 경로의 개념을 보여줍니다. 하나의 가속 페달과 브레이크만 존재하는 경우는 드뭅니다. 대신, 여러 개의 가속 페달과 브레이크가 복합적으로 작동합니다. 이 점은 장 미생물군을 최적화하고, 건강한 식습관, 소화, 뇌 기능을 위해 사용할 수 있는 도구를 논의할 때 중요한 역할을 할 것입니다.

이제 GLP-1(글루카곤 유사 펩타이드-1)에 대해 이야기해 보겠습니다. GLP-1은 장과 뇌의 뉴런에서 생성되는 호르몬으로, 비교적 최근에 발견된 중요한 물질입니다. GLP-1은 식욕을 억제하고 섭식을 줄이는 역할을 합니다. 현재 시장에는 GLP-1 작용제(agonist)로 알려진 약물이 출시되어 있으며, 그중 하나가 ’세마글루타이드(semaglutide)’입니다. 이 약물은 더 많은 GLP-1을 방출하도록 유도하며, 제2형 당뇨병(인슐린 저항성 당뇨병) 치료에 사용됩니다. 제1형 당뇨병(인슐린을 생성하지 못하는 상태)과는 다릅니다. 또한, 비만 치료제로도 사용되며, 특정 인구 집단에서 상당히 효과적인 것으로 보입니다.

GLP-1을 증가시키는 특정 음식과 물질도 존재합니다. 제가 팟캐스트에서 자주 언급한 ‘예르바 마테 차’는 GLP-1 방출을 자극하는 물질 중 하나입니다. 남미에서는 식욕 억제제로 자주 사용되며, 이는 GLP-1 방출 효과 때문일 가능성이 큽니다. 또한, 예르바 마테 차에는 카페인이 포함되어 있어 자극제 역할을 하며, 지방 분해(lipolysis)에도 관여합니다. 예르바 마테(Yerba Mate)에 대해 간단히 언급하자면, 일부 보고서에 따르면 예르바 마테는 특정 유형의 암 발병률을 증가시킬 수 있다는 주장도 있습니다. 제가 본 데이터에 따르면, 이 문제는 예르바 마테 차가 훈제 처리된 것인지 여부, 섭취량, 그리고 기타 요인들과 관련이 있는 것으로 보입니다. 논란은 여전히 진행 중이므로, 관련 논문을 찾아보는 것을 추천합니다.

그럼에도 불구하고, 예르바 마테는 GLP-1(글루카곤 유사 펩타이드-1) 방출을 자극하는 하나의 방법입니다. 또한, 세마글루타이드(semaglutide) 같은 약물도 GLP-1을 자극할 수 있습니다. 아보카도, 견과류, 달걀 같은 특정 음식이나 고섬유질 복합 곡물도 GLP-1을 자극합니다. GLP-1 경로는 식욕을 조절하는 장-뇌 신호 전달 메커니즘 중 하나로, 섭취하는 음식이나 음료에 따라 민감하게 반응합니다. 예를 들어, 케토제닉 식단(거의 탄수화물을 섭취하지 않는 식단)이 GLP-1 수치를 증가시킨다는 연구 결과도 있습니다. 물론, 케토제닉 식단에 포함되지 않는 음식 중에서도 GLP-1을 자극하는 것이 있으며, 앞서 언급한 세마글루타이드와 같은 처방약도 GLP-1을 증가시키는 데 사용됩니다.

그렇다면 GLP-1은 어떻게 식욕을 줄일까요? 이것은 부분적으로 뇌의 시상하부에 있는 뉴런의 활동을 변화시켜 이루어집니다. 시상하부는 우리의 입 바로 위에 위치한 뉴런 집단으로, 자체적으로 GLP-1을 생성하며, 먹기, 씹기와 같은 먹는 행동에 관련된 운동 회로를 활성화합니다. 따라서 예르바 마테나 특정 음식, 혹은 케토제닉 식단을 섭취하여 GLP-1 경로를 활용할 수도 있지만, 더 중요한 점은 GLP-1 경로가 호르몬 신호 전달 메커니즘을 통해 뇌 회로 활동에 영향을 미친다는 사실입니다. 이는 또 다른 예로, 장이 뇌와 소통하여 우리가 생각하거나 행동하는 방식을 바꾸는 과정입니다.

다음번에 특정 음식을 먹고 싶어지거나 단 음식, 지방이 많은 음식, 혹은 단백질이 풍부한 음식을 찾게 되는 순간이 있다면, 단순히 음식의 맛 때문만은 아니라는 점을 기억하세요. 그것은 우리가 필요한 영양소 때문일 수도 있지만, 동시에 몸에서 발생하는 무의식적인 신호 때문일 가능성도 큽니다. 이 신호는 호르몬, 신경 세포 신호, 전기 신호를 통해 뇌의 작동 방식을 바꾸고 있습니다.

이 논의를 통해 저는 스탠퍼드 대학교의 동료인 로버트 사폴스키 박사와의 대화를 떠올리게 됩니다. 그는 호르몬과 행동 분야의 세계적인 전문가로, 우리의 자유 의지에 대해 흥미로운 견해를 가지고 있습니다. 저는 자유 의지가 존재한다고 생각했지만, 사폴스키 박사는 “그렇지 않다”고 주장하며, 우리의 뇌에서 일어나는 사건들이 의식적으로 감지하지 못하는 생물학적 사건에 의해 결정된다고 말했습니다. 그는 이러한 사건들이 우리가 결정을 내리거나 판단을 하기 몇 초에서 몇 밀리초 전에 발생하기 때문에, 우리의 생각, 행동, 감정을 통제할 수 없다고 주장했습니다. 그 당시 저는 그의 의견에 동의하지 않았고, 자유 의지가 존재한다는 생각을 믿고 싶었습니다. 하지만 Bohorquez 연구실, 1980년대, 그리고 1950년대부터 이어져 온 연구를 통해 저는 몸에서 발생하는 사건들이 우리의 뇌와 결정을 형성하는 방식에 실제로 영향을 미친다는 점을 깨닫게 되었습니다.

우리가 컵케이크를 먹고 싶어 한다고 생각할 때, 혹은 음식을 먹거나 먹지 않기로 결정한다고 생각할 때, 이는 단순히 우리의 지식과 의지에 기반한 것이 아니라는 점이 분명합니다. 우리의 몸은 우리가 내리는 결정에 깊이 관여하고 있습니다. 우리가 의식하지 못하는 상태에서도 몸에서 다양한 일이 일어나고 있습니다. 좋은 소식은, 자유 의지의 존재 여부와 관계없이, 이러한 과정이 어떻게 작동하는지 알게 되면 이를 이용해 자신의 행동을 이해하고 조절하는 데 도움이 될 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 특정 음식을 먹고 싶다는 생각이 들 때, 이는 단순히 합리적인 결정이 아니라 장이 뇌에 보내는 신호와 깊은 관련이 있을 수 있습니다.

지금까지 주로 장과 뇌 사이의 화학적 소통에 대해 이야기했습니다. 뉴로포드 세포는 전기적 활동(액션 포텐셜)을 통해 뇌와 소통하며, 이는 뇌에서 도파민과 같은 화학 물질의 방출을 유발합니다. 호르몬(예: 뉴로펩타이드 Y, CCK, 그렐린 등)도 마찬가지로 화학적 신호로 작용하며, 신체를 통해 이동하여 다양한 세포에 영향을 미치고 화학적 환경을 변화시킵니다. 이것이 바로 화학적 신호를 통한 장-뇌 소통의 한 가지 방식입니다.

하지만 화학적 신호 외에도 기계적 신호라는 다른 형태의 소통도 존재합니다. 예를 들어, 매우 많은 양의 음식을 먹거나 음료를 섭취했을 때 장이 팽창되는 느낌을 경험한 적이 있을 것입니다. 이는 위뿐만 아니라 장의 팽창도 포함됩니다. 이러한 팽창은 장에 있는 뉴런에 의해 감지되며, 뇌로 신호가 전달되어 음식을 더 이상 섭취하지 않도록 억제하거나, 특정 상황에서는 구토를 유발하는 신경 회로를 활성화하기도 합니다. 너무 많이 먹거나 몸에 맞지 않는 음식을 섭취했을 때 발생하는 이 불쾌감은 주로 장의 기계적 센서(메카노센서)에 의해 감지됩니다. 이 신호는 뇌로 전달되어 먹는 행동을 멈추게 하고, 경우에 따라 뇌간의 구토 반사 센터로 알려진 “화학 수용체 유발 영역(CTZ, chemoreceptor trigger zone)” 또는 후구역(area postrema)을 활성화하여 구토를 유발할 수도 있습니다. 따라서 장과 뇌의 소통은 화학적, 기계적 신호를 통해 이루어집니다. 그리고 이러한 신호는 특정 행동을 촉진하거나 억제하기 위해 사용됩니다. 지금까지는 주로 먹는 행동에 대해 이야기했지만, 음식을 멀리하거나 거부하는 행동 또한 이러한 메카노센서의 활성화와 관련이 있습니다.

또한, 장에서 뇌로의 신호 전달은 직접적, 간접적으로 이루어집니다. 직접적인 신호 전달은 주로 장에 있는 뉴런이 뇌간의 뉴런과 소통하고, 뇌간 뉴런이 시상하부와 연결되는 방식으로 이루어집니다. 이 과정은 궁극적으로 의사 결정을 담당하는 전전두엽(Prefrontal Cortex) 뉴런과도 상호작용합니다. 예를 들어, “그 새우가 나를 아프게 한 것 같아. 다시는 그 음식을 먹지 않을 거야” 같은 의식적인 판단은 전전두엽에서 처리됩니다. 하지만 즉각적으로 음식을 멈추거나 특정 음식을 더 섭취하도록 유도하는 결정은 주로 신피질(neocortex) 아래 수준에서 이루어집니다. 이는 우리가 의식적으로 감지하지 못하는 수준에서 발생합니다.

지금까지 장에서 뇌로 전달되는 두 가지 주요 정보(화학적 정보와 기계적 정보)에 대해 이야기했습니다. 화학적 정보는 영양소의 종류에 대한 것이며, 기계적 정보는 장의 팽창 여부와 관련이 있습니다. 이 두 가지 정보는 모두 뉴로포드 세포를 통해 뇌로 전달되며, 도파민 방출 및 다양한 신경 회로 활성화를 유도합니다.

도파민은 우리가 더 많은 것을 찾게 만드는 역할을 하지만, 흥미롭게도 도파민은 구토 반사에도 관여합니다. 많은 사람들은 도파민이 항상 보상과 쾌락에만 관련 있다고 생각할 수 있지만, 사실 뇌간의 구토 센터로 알려진 후구역(area postrema)에는 도파민 수용체가 밀집되어 있습니다. 도파민 수치가 너무 높아지면 구토를 유발할 수도 있습니다. 이는 파킨슨병 치료를 위해 사용되는 일부 약물에서 볼 수 있습니다. 파킨슨병은 도파민 부족이나 도파민 뉴런 손실로 인해 발생하며, 이를 치료하기 위해 사용되는 약물(예: L-DOPA)은 특정 뇌 영역에서 도파민 수치를 높이거나 도파민 수용체를 활성화합니다. 하지만 도파민 수치가 너무 높아질 경우, 구토 반사를 일으킬 수 있습니다. 자연스러운 상황에서도 과식할 때 비슷한 일이 발생할 수 있습니다.

장에 있는 뉴런은 영양소의 존재를 감지하지만, 그 자체로 먹는 것을 멈추도록 결정하지는 않습니다. 이러한 결정은 뇌에서 이루어지며, 필요에 따라 음식을 배출하기 위해 구토를 유발하기도 합니다. 이는 장에서 오는 신호가 단순히 더 많은 음식을 섭취하도록 자극하는 것뿐만 아니라, 너무 많은 음식 섭취를 억제하거나 구토를 유도하는 뇌 영역(예: 후구역)과도 소통하고 있다는 것을 보여줍니다.

이 점은 우리가 선호하는 행동(예: 더 많은 음식 섭취)과 억제적인 행동(예: 구토)의 조절이 장과 뇌 간의 상호작용에서 병렬적으로 이루어진다는 것을 시사합니다. 도파민 같은 동일한 신경화학물질이 두 가지 상반된 행동(섭취와 배출)을 유발할 수 있습니다. 이는 뇌가 장으로부터 오는 신호의 양과 신호의 전달 경로 모두에 민감하게 반응하고 있다는 것을 보여줍니다.

또한, 기계적 신호도 구토 반사와 관련이 있습니다. 장이 과도하게 팽창하면 불편함과 함께 구토 욕구가 생길 수 있습니다. 기계적 신호와 화학적 신호는 항상 병렬적으로 작동하며, 이러한 신호가 독립적으로 작동하지 않는다는 점은 중요합니다. 이제 우리는 장-뇌 신호 전달에서 직접 신호와 간접 신호에 대해 이야기할 수 있습니다. 직접 신호는 주로 뉴런이 뇌와 소통하여 특정한 감정, 생각, 행동을 유발하는 신경 경로입니다. 반면, 간접 신호는 장내 미생물군과 관련이 있습니다.

장내 미생물군은 신경전달물질을 생성하거나 대사 활동에 영향을 미칠 수 있습니다. 즉, 장내 미생물이 혈류로 들어가 뇌와 신체의 다른 세포에 영향을 미치는 신경화학 물질을 생성할 수 있다는 것입니다. 이러한 과정은 복잡한 신경 경로를 거치지 않고도 뇌의 작용에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 우리가 섭취하는 음식과 장내 미생물 환경은 뇌의 화학적 상태를 형성하여 기분을 좋게 하거나 나쁘게 만들고, 특정 행동을 더 원하거나 피하도록 유도할 수 있습니다. 이것이 바로 간접 신호의 본질입니다. 지금까지 장-뇌 신호 전달 경로의 구조와 기능에 대해 논의하면서 직접 신호에 주로 초점을 맞췄습니다.

지금까지 주로 섭식 행동, 또는 음식을 피하거나 소화관에서 음식을 배출하는 행동에 대해 이야기했지만, 이제 장에서 뇌로의 간접 신호 전달 경로를 더 깊이 살펴보겠습니다. 이 과정은 뉴런 및 호르몬 신호와 함께 미생물군(microbiome)을 포함하며, 이는 에피소드 초반에 언급한 주제와 연결됩니다.

특정 장내 미생물이 특정 신경전달물질을 합성할 수 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이를 통해 뇌에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 도파민이라는 신경조절물질은 바실루스(bacillus)와 세라티아(serratia) 같은 미생물에 의해 합성될 수 있습니다. 이러한 이름은 생소하게 들릴 수 있지만, 중요한 점은 특정 미생물이 장에서 도파민을 생성하여 혈류로 들어가고, 뇌와 신체의 다른 부위의 도파민 기본 수치를 변화시킬 수 있다는 것입니다. 기본 도파민 수치는 우리가 일상적으로 느끼는 기분이나 동기 부여 수준을 결정합니다. 이 기본 수치 위에 특정 행동(예: 음식 섭취, 특정 활동)이나 물질 섭취(예: 약물, 특정 음식)에 의해 발생하는 도파민의 급증(피크)이 더해집니다. 따라서 장내 미생물군이 적절한 환경에서 번성하면, 기본 도파민 수치가 높아지고, 이는 전반적으로 기분 개선에 기여할 수 있습니다.

비슷하게, 칸디다(candida), 스트렙토코쿠스(streptococcus), 엔테로코쿠스(enterococcus) 같은 미생물은 세로토닌(serotonin) 생성을 지원하거나 직접 대사되어 세로토닌을 생성할 수 있습니다. 세로토닌은 기분, 사회적 상호작용, 다양한 행동과 관련된 신경조절물질입니다. 이러한 미생물이 장에서 번성하면 전반적인 세로토닌 수치가 높아지며, 이는 우리의 기본 기분을 결정합니다. 예를 들어, 세로토닌 수치가 낮으면 아침에 일어날 때 기분이 나쁘거나 짜증이 나기 쉬운 반면, 세로토닌 수치가 높으면 더 차분하고 안정된 기분을 유지할 수 있습니다. 또한, 특정 사건(예: 칭찬을 받거나 스트레스 상황에 처할 때)은 뇌의 특정 신경 회로에서 세로토닌 방출을 유도합니다. 하지만 이러한 일시적인 세로토닌 방출은 뇌의 특정 뉴런에서 발생하며, 이는 장에서 생성된 세로토닌과는 다른 메커니즘입니다.

많은 사람들이 “90~95%의 세로토닌이 장에서 만들어진다”고 알고 있습니다. 이것은 사실이지만, 장에서 생성된 세로토닌이 뇌의 모든 세로토닌을 대체하거나 주도하는 것은 아닙니다. 뇌에는 사회적 접촉이나 긍정적인 경험에 반응하여 직접적으로 세로토닌을 방출하는 뉴런이 존재합니다. 또한, 락토바실루스(lactobacillus)와 비피도박테리움(bifidobacterium) 같은 미생물은 GABA(γ-아미노뷰티르산) 수치를 증가시킬 수 있습니다. GABA는 억제성 신경전달물질로, 긴장을 완화하고 짜증을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다. 그러나 이러한 신경전달물질의 기본 수치가 높아진다 하더라도, 뇌와 신체 내의 신경 회로는 특정 상황에서 강력한 방식으로 도파민, 세로토닌, GABA를 방출합니다.

장과 뇌는 서로 병렬적으로 작용하면서 직접적으로 영향을 미치며, 이 두 시스템이 협력할 때 매우 강력한 시너지 효과를 냅니다. 현재까지 수백, 어쩌면 수천 건에 달하는 연구가, 대부분 쥐와 같은 동물 모델에서 이루어졌지만, 일부는 인간을 대상으로 한 연구도 있으며, 올바른 환경에서 장내 미생물군이 번성하면 기분과 웰빙이 향상된다는 점을 보여주었습니다. 반대로, 장내 미생물군이 건강하지 않을 경우, 기분과 전반적인 웰빙이 감소할 수 있습니다.

건강한 장내 미생물군을 형성하기 위해서는 두 가지 주요 단계가 있습니다. 하나는 우리가 통제할 수 있는 부분이고, 다른 하나는 통제하기 어려운 부분입니다.

다음 에피소드에서 저스틴 소넨버그 박사와의 대화에서 이 주제를 더 자세히 다루겠지만, 지금은 초기 장내 미생물군 형성에 대한 몇 가지 핵심 사항을 살펴보겠습니다.

우리가 태어난 후 처음 3년 동안 접하는 환경, 피부나 소화관, 점막, 그리고 외부 세계와 연결된 코나 요도 같은 부분이 특정 미생물과 접촉하는 방식은 우리 몸에 형성될 장내 미생물군의 구성에 큰 영향을 미칩니다. 특히, 생후 처음 3년 동안 다양한 미생물군에 노출되고, 이를 통해 장내 미생물의 다양성을 구축하는 것이 매우 중요합니다. 제왕절개로 태어난 아기들은 자연 분만으로 태어난 아기들에 비해 장내 미생물군의 다양성이 적다는 연구 결과가 일부 있습니다. 이러한 차이가 자폐 스펙트럼 장애(ASD)와 관련이 있다는 추측도 있지만, 이를 뒷받침하는 연구와 반박하는 연구가 모두 존재합니다. 따라서 이 점은 아직 결론을 내리기 어렵습니다.

아기는 자궁 내에서는 거의, 또는 전혀 미생물에 노출되지 않습니다. 장내 미생물군은 출생 과정과 출생 직후 몇 주 동안 형성됩니다. 이는 아기가 모유를 먹었는지, 분유를 먹었는지, 집에 반려동물이 있었는지, 여러 사람에게 안겼는지, 혹은 미숙아로 태어나 제한된 환경에서 보호받았는지 등에 따라 달라질 수 있습니다. 제왕절개나 제한된 환경에서 자란 아기가 나쁜 장내 미생물군을 가지게 된다는 뜻은 아닙니다. 그러나 초기 단계에서 다양한 미생물군을 형성하는 것이 장-뇌 신호, 면역 체계 등 장기적으로 긍정적인 결과를 가져온다는 점은 분명합니다.

초기 단계에서 항생제를 자주 사용하면 건강한 장내 미생물군 형성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과도 있습니다. 다행히도, 건강한 장내 미생물군을 다시 구축하면 이러한 손상을 어느 정도 복구할 수 있습니다. 현재 의사들은 어린이, 특히 3세 이하의 아이들에게 항생제를 처방하는 데 더 신중한 태도를 보이고 있습니다. 이 접근은 5세, 7세, 10세 이상의 어린이뿐만 아니라 성인에게도 적용되고 있습니다. 이러한 조심스러움은 항생제 내성 박테리아의 확산 때문만이 아니라, 장내 미생물군이 신경전달물질을 생성하여 기분, 정신 건강, 면역 체계에 영향을 미친다는 점을 이해했기 때문입니다.

장내 미생물군이 뇌 건강, 정신 건강, 면역 체계에 중요한 역할을 한다는 것을 강조하는 연구는 수백, 수천 건에 달합니다. 특히 Baylor 의대의 Mauro Costa-Mattioli 박사의 연구는 자폐 스펙트럼 장애(ASD)와 관련된 쥐 모델에서 특정 장내 미생물이 일부 증상을 완화할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 다만, 이 연구는 인간이 아닌 동물 모델을 기반으로 한 것입니다. 이 연구는 주로 쥐 모델을 기반으로 진행되었습니다. 왜냐하면, 쥐를 무균 환경 또는 비무균 환경에 놓고 특정 미생물군에만 노출시키는 등의 실험을 통해 상세한 조작이 가능하기 때문입니다.

특히 L. reuteri(루테리)라는 특정 미생물이 자폐 스펙트럼 장애 모델에서 나타나는 사회적 결핍을 교정할 수 있다는 사실이 발견되었습니다. 루테리는 미주 신경을 활성화하여 도파민과 옥시토신 방출을 자극함으로써 이러한 결핍을 완화합니다. 흥미로운 점은, 옥시토신 수용체를 제거하면 이러한 효과가 사라진다는 것을 통해 메커니즘이 더욱 명확히 입증되었다는 것입니다. 이 연구는 쥐 모델에서 진행된 것이므로 인간에게 직접 적용하기에는 한계가 있지만, 매우 유망한 결과를 보여줍니다.

한편, 장내 미생물이 건강과 질병에 미치는 영향을 연구하기 위해 사람의 장내 미생물군을 다른 사람에게 이식하는 실험도 이루어졌습니다. 초기 장내 미생물 연구는 장-뇌 경로가 아니라 대장염(colitis) 치료와 관련된 맥락에서 시작되었습니다. 1950년대 연구에 따르면, 심각한 대장염을 겪는 환자들에게 건강한 사람의 대변을 이식한 결과 대장염 증상이 크게 개선되거나 완치되는 경우가 있었습니다. 이러한 대변 이식(fecal transplant)은 처음 들으면 다소 이상하거나 불쾌하게 느껴질 수 있지만, 대변의 약 60%가 살아 있거나 죽은 박테리아로 구성되어 있다는 점에서, 이는 장내 미생물군의 치료적 효과를 탐구하는 계기가 되었습니다.

뿐만 아니라, 대변 이식은 특정 정신 질환 치료에도 효과가 있을 가능성을 보여주는 연구들이 진행 중입니다. 이러한 연구들은 환자 모집, 동의 절차, 그리고 실험 관리의 복잡성 때문에 쉽지 않지만, 일부 사례에서는 큰 성공을 거두었습니다. 예를 들어, 비만 치료에 대한 연구가 대표적입니다. 매우 적은 칼로리를 섭취하거나 액체 단백질 식단을 따르더라도 체중을 줄일 수 없는 일부 희귀 사례의 사람들에게 대변 이식을 시행한 결과, 체중 감량에 상당한 효과를 보인 사례가 보고되었습니다. 일부 환자는 정상적인 식사량을 섭취하면서도 체중을 줄이는 결과를 얻기도 했습니다. 이것은 특정 미생물이 대사 과정이나 신경전달물질을 통해 뇌에서의 행동 및 음식 선택에 영향을 미칠 수 있음을 시사합니다.

그러나 대변 이식이 부정적인 결과를 초래하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 비만이나 대사 증후군을 가진 사람의 대변을 이식받은 사람이 동일한 대사 증후군을 개발하는 사례도 보고되었습니다. 이는 장내 미생물이 신체 건강에 미치는 강력한 영향을 다시 한 번 보여줍니다. 대부분의 사람들은 대변 이식을 시도하지 않겠지만, 이러한 연구는 장내 미생물군의 조절이 신체와 정신 건강에 중요한 영향을 미칠 수 있음을 강조합니다.

많은 사람들은 면역 체계와 뇌 기능을 위해 건강한 장내 미생물군 환경을 조성하는 데 관심이 있습니다. 잠시 후 이에 대해 더 자세히 다룰 예정이지만, 장내 미생물이 뇌 화학, 기분, 그리고 정신 건강의 다른 측면에 미치는 강력한 영향을 다시 한 번 강조하고 싶습니다. 최근 몇 년 동안 발표된 여러 연구 중 하나를 소개하자면, Tonya Nguyen이라는 연구자가 주저자로 참여한 논문으로, 제목은 “고독감과 지혜가 장내 미생물 다양성과 구성에 미치는 연관성 : 탐색적 연구”입니다.

이 연구에서는 28세에서 97세까지의 지역 사회 성인 184명을 대상으로 장내 미생물 다양성과 고독감 및 지혜(이 연구에서 지혜는 고독감의 반대 개념으로 정의됨) 간의 연관성을 탐구했습니다. 참가자들의 대변 샘플을 채취하여 RNA 프로파일링(유전자 분석)을 수행하고, 심리적 상태를 평가한 후 이를 상호 연관시켰습니다. 결과적으로 장내 미생물이 다양할수록 고독감의 발생률이 낮아진다는 점이 밝혀졌습니다. 이는 특히 최근에 발표된 연구로, 잘 설계된 것으로 보입니다.

또 다른 흥미로운 연구는 2020년 “Scientific Reports”에 발표된 “장내 미생물 프로파일과 정서적 웰빙의 상관관계”라는 논문입니다. 이 연구는 특정 장내 미생물이 주관적 웰빙과 우울 증상과의 상관관계를 보여줍니다. 연구팀은 참가자의 장내 미생물을 분석하여 세 가지 엔테로타입(enterotype)을 정의했습니다. 이 엔테로타입은 사람들이 섭취하는 식단에 따라 달라졌으며, 이는 정서적 증상(우울, 불안, 스트레스 관련 행동 등)과도 연관이 있었습니다. 결론적으로, 이 연구는 기분과 웰빙을 향상시키고 우울 및 불안 증상을 완화할 수 있는 특정 식단 요소를 식별하는 데 기여했습니다.

건강한 장내 미생물을 위한 식단에 대해 이야기하기 전에, “건강한 장내 미생물이란 무엇인가?“라는 더 큰 질문을 제기하고 싶습니다. 세계적인 전문가들에게 이 질문을 던지면, 그들은 일반적으로 “다양성이 풍부한 장내 미생물이 건강한 장내 미생물이다”라고 답할 것입니다. 이는 GABA, 도파민, 세로토닌을 생성하고 면역 체계를 지원하는 다양한 박테리아를 포함할 가능성이 높기 때문입니다.

하지만, 단순히 미생물 다양성을 늘리는 것이 항상 좋은 것일까요? 프로바이오틱스와 프리바이오틱스는 장내 미생물 다양성을 증가시키고, 기분, 소화, 면역 체계에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 이는 주로 항생제 치료 후 또는 질병에서 회복 중인 사람들에게 효과적으로 작용한다는 점에서 맥락이 중요합니다.

반면, 과도한 프로바이오틱스 섭취로 인한 미생물 과잉은 “브레인 포그(Brain Fog)“와 같은 부작용을 초래할 수 있습니다. 이는 장내 미생물 대사 경로(특히 젖산 경로)에 의해 생성된 특정 화학 물질이 뇌에 영향을 미치는 것으로 여겨집니다. 프로바이오틱스 과다 섭취가 브레인 포그(Brain Fog)와 관련이 있을 수 있다는 점에 대해 더 알고 싶다면, 다음 논문을 참고하시는 것을 추천합니다. 이 논문은 2018년에 “Clinical and Translational Gastroenterology”에 발표된 것으로, 제목은 “Brain Fogginess, Gas, and Bloating: A Link Between SIBO, Probiotics, and Metabolic Acidosis”입니다. 해당 논문과 관련된 연구들은 프로바이오틱스 과잉 섭취나 장내 미생물군 과잉이 일부 경우에 문제를 일으킬 수 있음을 시사합니다.

이 점을 말씀드리는 이유는 혼란을 드리기 위함이 아니라, 일반적으로 장내 미생물 다양성을 늘리는 것이 항상 좋은 것만은 아닐 수 있다는 점을 강조하기 위해서입니다. 물론, 장내 미생물군의 다양성이 너무 낮으면 좋지 않다는 점에는 대부분의 전문가들이 동의합니다.

하지만 “장내 미생물을 어떻게 개선할 수 있을까?“라는 질문이 핵심입니다. 우리는 과거로 돌아가 0~3세 시기로 돌아가서 반려견을 키운다거나, 모유 수유를 받는다거나, 자연 분만을 선택할 수는 없습니다. 그러나 장내 미생물이 우리의 뇌와 신체 건강에 얼마나 중요한 영향을 미치는지를 고려할 때, 모든 사람은 현재 장내 미생물 환경을 개선하기 위해 노력해야 합니다.

그렇다면 어떻게 해야 할까요? 우선, 스트레스가 장내 미생물군에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점은 분명합니다. 특히, 공복 상태가 길어지는 것은 장내 미생물군에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 왜냐하면 대부분의 미생물은 생존을 위해 먹이가 필요하기 때문입니다.

또한, 특정 음식을 얼마나 자주 섭취해야 하는지에 대한 질문도 있습니다. 예를 들어, 프리바이오틱 섬유질이 장내 미생물을 ‘먹여 살리는’ 중요한 역할을 한다는 점은 잘 알려져 있지만, 섬유질이 꼭 필요한지, 얼마나 중요한지에 대한 논의는 여전히 진행 중입니다. 저섬유질 식단, 예를 들어 케토제닉 식단도 일부 경우에는 염증을 줄이고 특정 미생물군을 개선할 수 있다는 연구 결과가 있기 때문입니다.

몇 년 전, 저는 장내 미생물 전문가에게 “프로바이오틱스가 장내 미생물에 좋다면, 어떤 종류를 섭취해야 하나요?“라고 물었던 적이 있습니다. 그는 “프로바이오틱스가 여행 중이거나 스트레스를 받을 때는 유용할 수 있지만, 대부분의 프로바이오틱스는 실제로 필요한 미생물군을 보충하지는 않는다”고 답했습니다. 대신, 이러한 프로바이오틱스는 간접적으로 장내 환경을 개선하여 우리가 섭취하는 적절한 음식과 함께 장내 ‘좋은 미생물군’의 번식을 지원한다고 설명했습니다.

그다음, 저는 단식(intermittent fasting)에 대해 물었습니다. 단식이 장내 미생물에 어떤 영향을 미치는지 궁금했기 때문입니다. 이에 대해 Yale 대학의 한 동료와 Dr. Sonnenburg는 장기간의 단식은 장내 점막층을 얇게 하거나 손상시킬 수 있으며, 많은 미생물군이 감소할 수 있다고 설명했습니다. 즉, 단식이 장내 미생물군의 건강한 요소들을 일부 방해할 수 있다는 것입니다. 단식 후 음식을 섭취하면 건강한 장내 미생물군이 보상적으로 증식할 수 있습니다. 따라서 단식이 좋거나 나쁘다고 단정하기는 어렵습니다.

또한 특정 식단, 예를 들어 제한된 영양소 식단이나 특정 영양소가 풍부한 식단이 장내 미생물군에 미치는 영향도 단순히 좋다 나쁘다로 판단할 수 없습니다. 그러나 Dr. Sonnenburg와 다른 전문가들의 연구에 따르면, 장내 미생물을 강화하고 건강하게 만드는 데 도움을 주는 특정 음식과 요소가 분명히 존재합니다. 이와 관련하여, Stanford 대학교의 Dr. Sonnenburg와 Chris Gardner 연구실이 공동으로 진행한 선구적인 연구를 소개하고자 합니다.

이 연구에서는 인간을 대상으로 두 가지 주요 유형의 식단을 비교했습니다. 하나는 섬유질이 풍부한 식단으로, 장내 미생물 다양성을 높이고 장-뇌 신호를 강화하며 면역 체계를 개선할 가능성이 제안된 식단입니다. 다른 하나는 설탕 함량이 낮고 발효된 음식을 포함한 식단입니다. 연구 결과를 자세히 논의하기에 앞서, 프로바이오틱스에 대한 혼란을 피하고자 합니다. 프로바이오틱스 섭취가 항상 브레인 포그(Brain Fog)를 유발하는 것은 아니며, 오히려 장내 미생물 다양성을 증가시키는 데 유용할 수 있습니다. 일반적으로 건강한 장내 미생물군을 유지하려면 특정 음식을 섭취하는 것뿐만 아니라, 저용량의 프리바이오틱스나 프로바이오틱스를 꾸준히 섭취하는 것도 도움이 될 수 있습니다.

특히, 항생제 치료 후 장내 미생물군을 회복하거나, 스트레스를 받거나 여행으로 인해 식단이 급격히 변화했을 때, 프리바이오틱스와 프로바이오틱스의 섭취가 장내 미생물군을 지원하는 데 유용할 수 있습니다. 이 경우, 평소보다 높은 용량의 프리바이오틱스나 프로바이오틱스를 섭취하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 그러나 일반적인 상황에서는, 양질의 영양소가 포함된 식단과 함께 저에서 중간 수준의 프리바이오틱스나 프로바이오틱스 섭취에 초점을 맞추는 것이 가장 합리적인 접근법으로 보입니다. 물론, 의사가 고용량의 프로바이오틱스를 권장하는 경우, 의사의 지시에 따라야 합니다. 영양 또는 보충 계획에 변화를 줄 때는 항상 의사와 상의하는 것이 중요합니다.

그렇다면 장-뇌 축(gut-brain axis)의 건강을 극대화하려면 어떻게 해야 할까요? 건강한 장내 미생물군의 다양성을 지원하고, 신경전달물질 생성과 면역 체계 기능을 개선하기 위해 우리는 무엇을 해야 할까요? 기본적인 것부터 시작해야 합니다.

기본적이라는 것은 전반적인 건강을 유지하는 데 필요한 요소들을 말합니다. 여기에는 충분한 깊은 수면(대부분의 날 80% 이상), 적절한 수분 섭취, 긍정적인 사회적 상호작용, 적절한 영양 섭취 등이 포함됩니다. 또한, 지나치게 오래 지속되는 스트레스를 제한하는 것도 중요합니다. 스트레스는 장내 미생물군에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로, 이를 관리하기 위한 도구들이 유용합니다. 예를 들어, 스트레스 관리에 대한 팁은 Huberman Lab Podcast에서 확인할 수 있습니다.

이러한 기본적인 것들을 기반으로, Dr. Sonnenburg와 Chris Gardner의 연구는 장내 미생물군과 관련된 중요한 식단 요소를 탐구하는 획기적인 연구로 평가받고 있습니다. Stanford 대학교의 Dr. Justin Sonnenburg와 Chris Gardner 연구팀이 공동으로 진행한 연구는 장내 미생물군, 식단, 그리고 전반적인 건강 간의 관계를 탐구한 선구적인 연구입니다. 이 연구는 “Gut Microbiome-Targeted Diets Modulate Human Immune Status”라는 제목으로 “Cell” 저널에 발표되었습니다. 이 저널은 “Nature”, “Science”와 함께 과학, 특히 생의학 분야에서 가장 권위 있는 저널 중 하나입니다.

이 연구는 사람들을 대상으로 진행되었으며, 두 가지 주요 그룹으로 나뉘었습니다. 한 그룹은 식단 내 섬유질 섭취를 늘리도록 지시받았고, 다른 그룹은 발효 음식을 많이 섭취하도록 지시받았습니다. 두 그룹 모두 초기에는 섬유질이나 발효 음식을 많이 섭취하지 않았던 상태에서 4주간 점진적으로 섭취량을 늘리는 과정을 거쳤습니다. 이는 갑작스러운 섬유질 섭취 증가로 인한 위장 불편을 피하기 위한 조치였습니다.

점진적 섭취 단계 이후, 섬유질 그룹은 6주 동안 고섬유질 식단을 유지했고, 발효 음식 그룹은 6주 동안 발효 음식 섭취를 유지했습니다. 그 후, 각 그룹은 4주 동안 점진적으로 원래 식단으로 돌아갔습니다. 연구 기간 동안 참가자들의 장내 미생물군 다양성과 면역 체계 기능(특히 염증 수준)이 평가되었습니다.

연구의 주요 결과는 다음과 같습니다 :

1. 고섬유질 식단은 모든 경우에 장내 미생물 다양성을 증가시키지 않았습니다. 이는 섬유질이 건강에 유익하다는 기존의 생각과는 다소 상반된 결과였지만, 섬유질이 전반적인 건강에 유용하지 않다는 것을 의미하지는 않습니다. 다만, 섬유질 섭취 증가가 항상 장내 미생물 다양성 증가로 이어지지 않을 수 있음을 보여줍니다.

2. 반면, 고발효 음식 식단은 장내 미생물 다양성을 증가시키고, 염증 신호와 활동을 감소시키는 데 효과적이었습니다. 발효 음식을 많이 섭취한 그룹은 장내 미생물 다양성이 증가했을 뿐만 아니라, 뇌와 신체에서 염증을 유발하는 인터루킨-6(IL-6)과 기타 염증 관련 사이토카인의 수준이 유의미하게 감소했습니다. 또한, 발효 음식을 섭취한 총량보다 중요한 것은 발효 음식을 섭취한 기간이라는 점이 밝혀졌습니다. 즉, 발효 음식을 매일 꾸준히 섭취한 시간이 길수록 장내 미생물군 개선과 염증 감소 효과가 더 컸습니다.

이 점은 발효 음식을 하루 6인분까지 섭취하는 것이 부담스러운 사람들에게 특히 중요합니다. 발효 음식을 섭취하는 기간이 효과를 좌우하는 핵심 요소이기 때문에, 꾸준히 섭취하는 것이 중요합니다.

발효 음식은 우리가 잘 알고 있는 치즈나 맥주처럼 발효된 음식뿐만 아니라, 이번 연구에서 다룬 저당 발효 음식에 초점이 맞춰져 있습니다. 예를 들어, 플레인 요거트, 김치, 사우어크라우트(독일식 절임 양배추) 같은 음식이 포함됩니다. 중요한 점은, 이러한 음식이 라이브 액티브 컬처(live active cultures), 즉 살아 있는 미생물을 포함해야 한다는 것입니다. 만약 냉장되지 않은 선반에서 판매되는 김치, 피클, 사우어크라우트를 구매하거나, 설탕이 많이 들어간 요거트를 섭취한다면, 이러한 음식들은 살아 있는 미생물이 포함되어 있지 않을 가능성이 큽니다. 반대로, 냉장 섹션에서 판매되며 추가적인 설탕이 없는 발효 음식은 장내 미생물군에 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 높습니다.

이 연구에서 참가자들에게 제공된 발효 음식에는 사우어크라우트, 김치, 케피어, 나토(일본의 발효된 콩 음식) 등이 포함되었으며, 맥주는 발효 음식 목록에 포함되지 않았습니다. 하루 6회 섭취 기준은 약 46온스(약 120,180ml) 크기의 서빙을 기준으로 했습니다. 이는 상당히 많은 양의 발효 음식을 섭취하는 것을 의미하지만, 이를 통해 장내 미생물군의 다양성을 증가시키고 염증을 줄이는 데 효과적인 결과를 얻을 수 있습니다.

발효 음식을 선택할 때는 개인적으로 선호하는 것을 중심으로 섭취하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 케피어, 플레인 요거트, 사우어크라우트 중 선호하는 것을 선택해 하루에 걸쳐 나누어 섭취하는 것이 좋습니다. 한 끼 식사 전에 한꺼번에 많은 양을 섭취하기보다는, 하루 동안 조금씩 분산시켜 섭취하면 위장 불편을 줄이고 효과를 극대화할 수 있습니다.

또한, 발효 음식에 포함된 소금물(브라인, brine)도 주목할 만한 가치가 있습니다. 브라인은 사우어크라우트와 같은 음식에 포함된 매우 짠 액체로, 풍부한 라이브 컬처를 포함하고 있어 미생물 다양성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. Dr. Sonnenburg와의 대화에서는 브라인이 장내 미생물군 다양성을 촉진하는 데 있어 가질 수 있는 가치에 대해 논의했습니다.

한편, 고섬유질 식단 조건에서도 흥미로운 관찰이 있었습니다. 먼저, 섬유질 섭취량 증가로 인해 섬유질을 소화하는 데 필요한 효소의 수가 증가했습니다. 이 결과는 섬유질 섭취량을 점진적으로 늘리면 소화 불편을 줄이고 장기적으로 섬유질 활용을 증가시킬 수 있다는 아이디어와 일치합니다.

그러나 면역 체계 기능이나 미생물 다양성의 증가가 관찰되지 않았다는 점은 주목할 만합니다. 고섬유질 식단이 항상 장내 미생물군 다양성을 증가시키지는 않으며, 일부 참가자에게서는 염증 지표가 증가하거나 미생물 다양성이 감소한 경우도 있었습니다. 따라서, 섬유질이 건강에 유익하다는 점에는 변함이 없지만, 발효 음식이 장내 미생물 다양성과 염증 감소에 더 직접적인 긍정적 영향을 미친다는 점이 이 연구를 통해 강조되었습니다.

결론적으로, 발효 음식을 섭취하는 것이 장내 미생물군 건강에 중요한 요소임을 다시 한 번 확인할 수 있습니다. 발효 음식을 섭취하는 것은 장내 미생물군을 지원하고 뇌와 신체의 염증 신호를 줄이는 데 매우 유익한 방법입니다. 하지만 발효 음식, 특히 냉장 섹션에서 판매되는 저당 발효 음식은 비용이 많이 들 수 있습니다. 예를 들어, 콤부차(Kombucha)의 경우 일부 제품은 알코올을 포함하거나 거의 포함하지 않지만, 상당히 고가일 수 있습니다. 이러한 비용을 절약하면서 발효 음식을 많이 섭취하려면 집에서 직접 발효 음식을 만드는 방법을 고려할 수 있습니다.

예를 들어, 사우어크라우트를 만드는 방법은 비교적 간단하며, 양배추, 물, 소금만 있으면 됩니다. 하지만 발효 과정에서 올바른 방법을 따라야 하며, 표면에 생성되는 불필요한 물질을 정기적으로 제거해야 합니다. 콤부차를 좋아하는 사람이라면, 직접 스코비(SCOBY, 콤부차 발효용 균)을 얻어 집에서 만들어볼 수도 있습니다. 콤부차 제작은 상대적으로 간단하다고 알려져 있지만, 발효 음식 제작 경험이 없는 사람에게는 조금 도전이 될 수 있습니다. 또한, 피클을 통해 발효 음식을 섭취하려는 경우, 대부분의 병에 담긴 피클은 단순히 식초, 물, 향신료에 절여져 있으며 발효 과정에서 생성된 라이브 컬처(live cultures)가 포함되어 있지 않을 가능성이 높습니다. 따라서 피클 병의 라벨을 확인하여 실제 발효된 제품인지 확인해야 합니다.

발효 음식 섭취는 장내 미생물군뿐만 아니라 장-뇌 건강에도 영향을 미칩니다. 특히, 염증과 관련된 유전자와 마커(inflammatome)가 건강한 범위 내에 유지되면, 이러한 면역 체계 상태가 뇌로 전달됩니다.

이 과정에서 중요한 역할을 하는 세포가 바로 미세아교세포(Microglial Cell)입니다. 미세아교세포는 뇌 내의 고유한 대식세포(macrophage)로, 일상적으로 뇌에서 발생하는 미세한 손상을 치유하고 쌓이는 찌꺼기를 제거하는 등 중요한 역할을 합니다. 하지만 신체에 염증이 많을 경우, 이 미세아교세포가 과도하게 활성화되어 신경계의 다양한 구성 요소를 “먹어치우는” 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 신경계에 더 큰 손상을 초래할 수 있기 때문에, 염증을 줄이는 것은 장내 미생물군뿐만 아니라 뇌 건강에도 필수적입니다. 따라서 발효 음식을 꾸준히 섭취하고, 염증을 관리하며 장-뇌 축 건강을 유지하는 것이 중요합니다.

면역 체계가 과도하게 활성화되거나 만성적으로 염증 상태에 있을 경우, 뇌 조직과 중추 신경계 조직이 손상을 입을 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 이는 아직 인간 대상 연구로 확실히 증명된 바는 없지만, 동물 실험에서는 매우 강력한 증거가 발견되었습니다. 따라서 장내 미생물 다양성을 개선하고 면역 체계 기능을 향상시키며, 체내 염증 마커를 줄이는 것이 중요합니다. 염증 마커가 뇌에 미칠 수 있는 해로운 신호를 막기 위해서입니다.

발효 음식을 섭취하거나 직접 만들어 먹는 것이 번거롭게 느껴질 수도 있지만, 비용-효율 면에서 매우 긍정적인 선택입니다. 몇 주 동안 발효 음식 섭취를 점진적으로 늘린다면 장내 미생물 다양성뿐만 아니라 장-뇌 기능에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

섬유질 섭취에 대해서도 언급하지 않을 수 없습니다. 섬유질이 얼마나 필요한지, 특정 유형의 섬유질이 더 나은지에 대한 논쟁은 여전히 진행 중입니다. 그러나 대부분의 사람들에게 섬유질 섭취가 유익하다는 점에는 충분한 증거가 있습니다. 다만, 발효 음식을 섭취하는 것 또한 섬유질 섭취만큼이나 중요하다는 점을 강조하고 싶습니다.

섬유질 섭취와 관련된 한 연구에서는, 섬유질이 다량 함유된 음식을 섭취할 때 탄수화물 활성화 효소(CAZymes)가 증가하는 것으로 나타났습니다. 이 효소는 섬유질 소화를 돕는 데 중요한 역할을 하며, 더 많은 섬유질 음식 섭취를 가능하게 합니다. 따라서 섬유질 섭취는 장내 미생물 다양성이나 염증 감소와는 별개로, 섬유질 소화 능력을 개선한다는 점에서 유용하다고 볼 수 있습니다.

또한, 인공 감미료와 장내 미생물군의 관계에 대한 논란도 간략히 언급하겠습니다. 이 주제는 대부분 동물 실험에서 연구되었으며, 대표적으로 “Nature” 저널에 발표된 연구는 사카린(saccharin)이나 수크랄로스(sucralose)와 같은 인공 감미료가 장내 미생물을 교란시킨다는 결과를 보여줬습니다. 그러나 인간 대상 연구에서는 이와 같은 효과가 확실히 입증되지 않았습니다. 특히, 식물 기반 저칼로리 감미료(예: 스테비아, 몽크 프루트)나 아스파탐(aspartame)에 대한 인간 연구 데이터는 거의 없거나 확실하지 않습니다. 따라서 현재로서는 인공 감미료가 장내 미생물군에 미치는 영향을 확실히 단정할 수 없습니다. 사람들은 인공 감미료를 섭취할지 여부를 개인적으로 결정해야 하며, 이는 개인의 선택과 위험 수용 수준에 따라 달라질 것입니다.

마지막으로, 2022년 2월에 발표된 Diego Bohorquez 연구실의 연구에 따르면, 장에 있는 뉴로포드 세포가 진짜 설탕과 인공 감미료를 구별할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 연구는 “The Preference for Sugar over Sweetener Depends on a Gut Sensor Cell”라는 제목으로 발표되었으며, 장내 특정 세포가 설탕을 감지하고 이에 따라 신경 신호를 보낸다는 내용을 다루고 있습니다.

장내 뉴로포드 세포는 설탕의 존재를 감지하고 이전에 언급한 신경 경로(노도즈 신경절, 미주 신경, 도파민 등)를 통해 뇌로 신호를 보냅니다. 흥미로운 점은, 이와 동일한 뉴런들이 인공 감미료에도 반응하지만, 설탕에 반응할 때와는 완전히 다른 신호 패턴을 뇌로 전달한다는 것입니다. 이것은 뉴런이 장에서 뇌로 무엇을 전달할지에 대해 매우 세밀한 구별 능력을 가지고 있음을 보여줍니다.

또한, 뇌가 “단맛은 느껴지지만 실제로는 열량이 거의 없는 음식이나 음료”를 섭취하고 있다는 신호를 받을 수 있다는 것을 의미합니다. 물론, 이 모든 과정은 무의식적으로 이루어지며, 인간에게서 이 신호가 어떻게 작용하는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았습니다. 하지만, 쥐 모델에서 관찰된 장-뇌 간의 세포 및 분자적 과정의 유사성을 감안할 때, 인간에서도 이러한 뉴로포드 세포가 실제 설탕과 인공 감미료를 구별할 가능성이 높다고 추측됩니다.

이제 오늘 논의했던 내용을 간략히 요약하겠습니다. 먼저, 장-뇌 축의 구조와 기능에 대해 설명했습니다. 소화 경로의 기본 구조와 기능, 그리고 그 안에 존재하는 수많은 미생물들이 뇌와 신체에 다양한 신호를 보내는 방식을 다루었습니다. 장-뇌 축은 직접적인 경로와 간접적인 경로를 통해 작동합니다. 직접 경로는 장에서 뇌로, 뇌에서 장으로 이어지는 신경 네트워크를 포함하며, 간접 경로는 장내 미생물이 신경전달물질을 합성하여 혈류로 방출하고, 면역 체계와 뇌에 영향을 미치는 방식으로 작동합니다.

건강한 장내 미생물군이란 무엇인지도 논의했으며, 미생물의 다양성이 건강한 미생물군의 핵심 요소라는 점을 강조했습니다. 다만, 최적의 장-뇌 축 기능을 위해 어떤 미생물군을 증식시키고 억제해야 하는지에 대해서는 여전히 많은 질문이 남아 있습니다. 단식이 장내 미생물군에 미치는 영향을 포함하여 특정 제한적인 식단이 미생물군 건강에 미치는 잠재적 영향을 다뤘습니다. 그러나 단식이나 특정 식단이 미생물군을 반드시 개선하거나 손상시킨다고 단언할 수 있는 충분한 증거는 없습니다. 한 가지 명확한 점은 만성 스트레스와 항생제가 장내 미생물군에 부정적인 영향을 미친다는 것입니다.

이와 관련해 프리바이오틱스와 프로바이오틱스의 역할을 언급하며, 고품질의 비가공 식품을 포함하는 식단에 일부 프리바이오틱스와 프로바이오틱스를 추가하는 것이 대부분의 사람들에게 유익할 수 있다고 결론지었습니다. 다만, 고용량 프로바이오틱스는 만성 스트레스, 잦은 항생제 사용, 또는 극도의 피로 상태와 같은 특정 상황에서 더 적합할 수 있습니다. 항상 의사의 조언을 따르는 것이 중요합니다.

마지막으로, 섬유질 섭취 증가가 장내 미생물군 다양성 증가와는 별개로 섬유질 소화를 돕는 효소의 증가와 관련이 있다는 점을 언급하며, 이는 섬유질 섭취가 여전히 유용하다는 것을 보여줍니다.

발효 음식을 하루에 4~6회 섭취하는 것은 체내 염증 마커를 줄이고 장내 미생물 다양성을 개선하며, 이를 통해 장-뇌 축의 신호 전달과 전반적인 건강을 향상시키는 데 매우 유익합니다.

이번 에피소드에서는 장-뇌 축의 구조와 기능, 그리고 네 가지 주요 신호 전달 방식(기계적, 화학적, 간접적, 직접적)과 프로바이오틱스, 섬유질, 발효 음식의 역할에 대해 다뤘습니다. 또한, 비용을 절약하며 집에서 발효 음식을 만드는 방법도 소개했습니다. 개인적으로 집에서 만든 사우어크라우트는 상점에서 냉장 상태로 판매되는 제품과 비교해도 맛이 뒤지지 않을 정도로 훌륭했습니다. 요리에 익숙하지 않은 저도 할 수 있었으니, 누구나 시도해볼 수 있을 것입니다.

오늘의 정보가 여러분께 유용하게 느껴지고, 실행 가능한 아이디어를 제공했기를 바랍니다. 이번 에피소드는 Dr. Justin Sonnenburg와의 다음 에피소드를 위한 예비 단계로 제작되었습니다. 다음 에피소드에서는 장-뇌 축보다는 장내 미생물군에 더욱 초점을 맞추어, 장내 미생물군이 무엇인지, 어떤 역할을 하는지, 그리고 Sonnenburg 박사의 실험실에서 곧 발표될 최신 연구 결과를 깊이 다룰 예정입니다.

우리는 종종 장내 미생물군, 장-뇌 축, 그리고 장이 ‘두 번째 뇌’라는 표현에 대해 이야기합니다. 그러나 많은 사람들이 장내 미생물군이 실제로 무엇인지, 그리고 장이 뇌와 신체의 다른 부위에 신호를 전달하는 경로와 메커니즘에 대해 명확히 이해하지 못하고 있습니다. 오늘의 에피소드가 이러한 주제에 대한 이해를 돕고, 이 놀라운 시스템인 장-뇌 축에 대한 생생한 그림을 제공했기를 바랍니다.