최근 장내 미생물을 활용한 차세대 질환 예방 연구가 활발히 진행되는 가운데, 프로바이오틱스에서 분비하는 젖산이 장 줄기세포를 활성화하고 소장 점막 상피층을 복원하여 복통과 설사를 예방한다는 연구결과가 나왔다.

울산의대 서울아산병원 융합의학과 권미나(사진) 교수팀은 생쥐에게 프로바이오틱스를 투여하였더니 젖산이 증가해 장 줄기세포가 눈에 띄게 늘었으며, 줄기세포의 활발한 분화로 장 조직세포가 많아져 소장 점막 상피층이 발달했다고 밝혔다.

특히 항암제 투여와 방사선 조사를 받은 생쥐에게 프로바이오틱스를 먹인 결과, 소장 점막 상피층이 복원되었으며 복통과 설사로부터 빠른 회복세를 보였다고 전했다.

암환자가 항암과 방사선 치료를 받으면 소장 점막 상피층이 가장 먼저 손상되어 설사와 복통 증상이 뒤따라 지사제를 복용하고 전해질을 보충하는 등 사후 치료를 받는다. 하지만 이번 연구결과를 통해 암환자들의 항암치료 후 소장 점막 상피세포 손상을 프로바이오틱스를 활용하여 예방할 수 있는 가능성이 제시되었다.

장 손상 생쥐 모델 실험에서 권 교수팀은 프로바이오틱스를 주입한 생쥐와 그렇지 않은 생쥐를 관찰한 결과, 프로바이오틱스를 섭취한 생쥐에서 장 줄기세포가 크게 늘어 장 조직을 구성하는 세포들(파네트세포, 상피세포, 점액분비세포 등)의 수와 기능도 함께 증가한 것을 발견했다.

또한 항암제와 방사선으로 장 손상을 유발한 후에도 프로바이오틱스를 투여하자, 장 줄기세포가 보호되고 소장 점막 상피세포 손상이 현저히 줄어든 것을 관찰했다.

반면, 프로바이오틱스를 아예 섭취하지 않은 생쥐에서는 장 줄기세포의 증식과 분화가 상대적으로 적게 발생했으며, 장 손상을 입은 후 5일째 경과를 관찰하였더니 장 줄기세포가 거의 발견되지 않았고 설사와 복통도 악화된 것을 확인했다.

권 교수팀은 프로바이오틱스를 섭취한 생쥐의 소장 점막을 면밀히 관찰한 결과, 장 줄기세포를 활성화하는 신호물질(Wnt3 사이토카인)이 프로바이오틱스에서 나오는 젖산의 신호로 조절된다는 사실을 파악했다.

장 줄기세포 주변에는 파네트세포와 기질세포가 있는데 이 안의 젖산수용체가 프로바이오틱스에서 분비하는 젖산을 만나 활성화되면, 신호물질(Wnt3 사이토카인)이 분비되어 장 줄기세포가 증식하고 분화하는 것이다. 

※ 별첨. 프로바이오틱스 유래 젖산에 의한 장 손상 예방 기전 모식도

한편, 젖산수용체를 인위적으로 결손시킨 생쥐는 젖산 신호를 받지 못해 신호물질(Wnt3 사이토카인) 분비가 크게 줄어든 점이 확인되어, 젖산이 장 줄기세포 활성화에 중요한 요소임이 재차 입증되었다.

Wnt3 사이토카인은 장 줄기세포를 활성화하는 신호전달체계로 이를 조절하는 여러 기전이 장 줄기세포 주변의 미세환경을 구성할 것으로 여겨지는데, 이번 연구로 프로바이오틱스에서 유래되는 젖산이 해당 조절 기전 중 하나임이 밝혀졌다.

지금까지 프로바이오틱스는 장 건강보조식품으로 활발히 출시되어 오고 있지만, 장 줄기세포와의 상호작용에 관한 연구는 전무한 실정이었다. 이에 권 교수팀 연구는 프로바이오틱스의 효능을 입증하는 근거로써 젖산의 장 줄기세포 조절 작용을 정확히 규명해냈다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

연구책임자인 권미나 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수는 “이번 연구는 프로바이오틱스가 분비하는 젖산이 장 줄기세포의 증식과 분화를 조절하는 기전임을 증명한 기초연구”라며, “향후 후속 임상연구를 거쳐, 프로바이오틱스로 항암과 방사선 치료에 의한 장 손상을 예방할 수 있는 방법이 개발되어 암환자들의 삶의 질 향상에 도움이 되길 바란다.”고 연구의미를 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부 지원을 받아 중견연구자 사업으로 진행되었으며, 연구결과의 우수성을 인정받아 셀(Cell) 자매지 ‘셀 호스트 앤 마이크로브(Cell Host & Microbe, 피인용지수 17.872)’ 12월 호에 게재되었다.