한국과학기술원(KAIST)은 우리 뇌가 장에서 흡수하는 영양소 중 포도당만 선택적으로 인식하는 회로를 찾았다고 9일 밝혔다.

생물은 당, 단백질, 지방 등 다양한 영양소로부터 에너지를 얻는다.

장내 총열량 정보가 시상하부의 '배고픔 뉴런'(hunger neurons)을 억제해 식욕을 조절한다는 연구는 있으나, 장내 포도당에 특이적으로 반응하는 뇌 경로에 대해서는 알려진 바 없다.

생명과학과 서성배 교수와 바이오·뇌공학과 박영균 교수, 생명과학과 이승희 교수 연구팀은 미국 뉴욕 알버트 아인슈타인 의대와 협력해 배고픔 상태에서 뇌의 기능에 필수적인 포도당을 감지하고 특이적으로 반응하는 '장∼뇌 회로'를 찾아냈다.

연구팀은 쥐의 소장에 포도당(D-글루코스, L-글루코스), 아미노산, 지방 등 다양한 영양소를 주입한 뒤 광유전학 기반 신경 활성 조절·회로 추적 기법을 통해 뇌 속을 실시간으로 정밀하게 관찰했다.

그 결과 뇌의 시상하부 시상핵 부위에 있는 'CRF 뉴런'(시상하부에서 부신피질호르몬 방출인자를 분비하는 뉴런으로, 다양한 스트레스 자극에 반응해 코르티솔 분비를 유도하고 생리·대사 균형을 유지함)이 D-글루코스 포도당에만 선택적으로 반응하며, 다른 당류나 단백질, 지방류에는 반응하지 않는 모습을 확인했다.

이는 뇌가 장내 영양소 유입 시 단일 뇌세포 수준에서 특정한 방향성을 유도함을 의미한다.

연구팀은 또 소장의 포도당 감지 신호가 척수신경을 거쳐 뇌의 시상하부 시상핵 내 CRF 뉴런으로 전달되는 회로를 확인했다.

반면 아미노산이나 지방 등 다른 영양소는 미주신경이라는 다른 통로를 사용하는 것으로 나타났다.

특히 공복 상태인 생쥐에서 CRF 뉴런을 억제하면 동물은 더 이상 포도당을 선호하지 않는 것으로 나타나, 이 회로가 포도당 특이적 선호를 유도하는 데 필수적임을 알 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이번 연구에 참여한 김진은·김신혜 KAIST 박사는 "이번 연구는 '우리의 뇌는 어떻게 장내에서 흡수된 다양한 영양소 중 포도당을 구별해 내는가'라는 질문에서 시작됐다"며 "장∼뇌 연결 회로의 핵심 축인 척수신경의 역할을 규명하고 우리 몸의 에너지 대사 조절과 항상성 유지에 핵심적임을 밝혀냈다"고 말했다.

서성배 교수는 "포도당에 특화된 장∼뇌 신호 경로를 규명함으로써, 비만·당뇨병 등 대사 질환의 새로운 치료 표적을 제시할 수 있을 것"이라며 "앞으로 아미노산, 지방 등 다른 필수 영양소를 감지하는 유사 회로에 대한 연구를 이어 나갈 계획"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '뉴런'(Neuron) 지난달 20일 자 온라인판에 실렸다.