김봉수 교수 공동연구팀, 장내 미생물이 다발증경화증 완화하는 기전 규명
김봉수 교수
식품영양학과
장내 미생물-면역-뇌 연결 원리 규명…자가면역질환 치료 전략 개발 기대
세계적 학술지 <Experimental and Molecular Medicine> 게재
식품영양학과 김봉수 교수 공동연구팀이 장내 미생물 상호작용을 통해 생성된 대사 물질이 뇌까지 이동해 신경 염증을 억제한다는 작동 원리를 규명했다.
연구진은 사람 유래 장내 미생물인 Veillonella ratti MHL0042 균주가 장내 미생물 생태계를 건강하게 회복시키고, 이 과정에서 생성된 항염증성 대사산물(DOPE)이 뇌의 염증을 억제하는 작동 원리를 동물모델에서 확인했다. 이번 연구는 장내 미생물과 면역, 뇌를 연결하는 작동 원리를 밝힘으로써 향후 다발성경화증 등 자가면역질환의 새로운 치료 전략 개발에 활용될 것으로 평가된다.
김봉수 교수팀과 순천향대 이윤경 교수팀이 공동으로 참여한 연구 결과를 담은 논문은 <Experimental and Molecular Medicine>(IF = 17.5, JCR 상위 2.1%) 온라인판에 최근 게재되면서 우수성을 입증했다.
다발성경화증은 면역세포가 자신의 뇌와 척수를 공격해 염증과 신경 손상을 유발하는 대표적인 자가면역질환이다. 현재 사용되는 치료제는 면역기능 저하에 따른 부작용과 재발 위험이 있어 새로운 치료법 개발이 필요한 상황이다. 최근 장내 미생물이 면역계와 뇌를 연결하는 '장-뇌 축'의 핵심 조절 인자로 주목받고 있으나, 다양한 종의 장내 미생물들이 상호작용을 통해 어떤 물질을 생성하며, 이러한 물질이 신경 염증을 어떻게 조절하는지에 대해서는 아직까지 명확히 밝혀지지 않았다.
연구팀은 여러 인종으로 구성된 대규모 코호트 분석을 통해 다발성경화증 환자들의 장에서 공통적으로 Veillonella 속이 감소한다는 점에 주목했다. 이후 사람의 장에서 분리한 다양한 Veillonella ratti 균주 중 MHL0042만이 효과적으로 다발성경화증을 완화한다는 것을 확인했다. 연구진은 다발성경화증 동물모델에 MHL0042 균주를 투여하여 그 기능과 작용기전을 분석했다.
그 결과 해당 균주는 대장에 도달하면, 다른 미생물과의 상호작용을 촉진해 염증 유발과 관련된 미생물을 억제하여 장내 생태계를 건강한 방향으로 재구성하는 것으로 나타났다. 이 과정에서 항염증 대사산물인 DOPE(dioleoylphosphatidylethanolamine)의 생성을 증가시키고, 생성된 DOPE는 혈액을 통해 뇌까지 전달되는 것을 확인했다. DOPE는 특히 뇌와 척수의 염증을 감소시켰는데, DOPE만 단독으로 투여한 실험에서도 다발성경화증 증상이 개선되는 것으로 나타났다.
이번 연구는 동물모델에서 장내 마이크로바이옴 상호작용과 그로 인해 생성되는 대사산물의 작용기전을 규명한 연구다. 향후 인간 대상 임상 연구를 통해 Veillonella ratti MHL0042와 DOPE의 안전성 및 유효성을 평가하고, 개인별 장내 마이크로바이옴 차이에 따른 DOPE 생성 메커니즘을 보다 정밀하게 규명하기 위한 기반 연구가 될 것으로 기대된다.
Veillonella ratti MHL0042의 장내 미생물 재구성 및 DOPE생성을 통한 다발성경화증 완화 기전 모식도
김봉수 교수는 “본 연구는 마이크로바이옴 내 미생물 간 상호작용의 결과로 생성된 대사산물이 뇌 면역반응을 조절하는 새로운 원리를 규명한 연구”라며, “향후 다양한 신경염증성 질환에서 미생물 및 대사 물질을 활용한 마이크로바이옴 기반 개인 맞춤형 치료 및 치료보조제, 환자 식이보조제 개발에 중요한 과학적 근거를 제공할 것으로 기대한다”고 연구 의의를 설명했다.
이번 연구는 △한국연구재단 바이오의료기술개발사업, △국립보건원 병원기반 인간마이크로바이옴 연구개발 사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구논문은 「Gut microbiome modulation by Veillonella ratti induces resistance to EAE pathogenesis via microbe-derived metabolites」라는 제목으로 게재됐다.