최근 장내 마이크로바이옴이 비만의 예방과 치료에서 중요한 역할을 한다는 연구 결과들이 발표되고 있다. 장내 미생물군이 숙주의 에너지 흡수, 지방 저장, 염증 조절 등 다양한 경로를 통해 비만과 대사질환 발생에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 프로바이오틱스와 마이크로바이옴 치료제가 비만 관리의 중요한 축으로 떠오르고 있다.

비만은 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있는 대표적인 만성 질환이다. 식습관과 생활 방식, 유전적 요인 등 다양한 원인이 복합적으로 작용한다. 최근 연구들은 이 같은 요인들 가운데 장내 마이크로바이옴이 비만 발생에 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀내며 주목받고 있다.

마이크로바이옴(Microbiome)은 미생물(Microbe)과 생태계(Biome)의 합성어다. 인체 내에 공생하는 모든 미생물 군집 또는 이들의 유전정보 전체를 의미한다. 특히 장내 마이크로바이옴 무게는 약 1.5~2kg으로 알려졌다. 이는 뇌(약 1.3kg)나 간(약 1.5kg)과 맞먹는 수준이다. 이러한 이유로 마이크로바이옴은 '제2의 장기'로 불리기도 한다.

사람 장 속에는 수많은 미생물이 서식하며, 이들은 숙주의 소화와 대사, 면역 기능에 직간접적으로 영향을 미친다. 특히 비만인과 정상 체중인 사이에는 장내 미생물 구성에서 뚜렷한 차이가 확인된다. 장내 미생물을 조절함으로써 비만을 예방하거나 치료할 가능성이 있는 것이다.

실제 동물실험과 임상 연구에서 장내 미생물과 비만 사이의 인과관계를 뒷받침하는 과학적 증거들이 꾸준히 축적되고 있다. 국제 저명한 학술지 프런티어(Frontiers)에 2023년 3월 게재된 '고지방 식단으로 인한 장내 미생물총과 비만에 대한 연구(Research Progress of Gut Microbiota and Obesity Caused by High-Fat Diet)' 논문에 따르면, 무균 생쥐는 일반 생쥐와 동일한 먹이를 섭취했음에도 불구하고 훨씬 마른 체형을 유지했다. 반면, 비만 생쥐나 비만인의 장내 미생물을 이식받은 무균 생쥐는 체지방이 증가했다.

임상 연구에서도 비만인의 장내 미생물 생태계가 정상 체중인과는 명확히 다른 구성을 보이는 것으로 나타났다. 이 외에도 장내 미생물 군집의 차이가 비만과 대사 이상에 기여할 수 있다는 결과들이 여럿 발표되며, 마이크로바이옴과 비만의 연관성에 대한 인식은 점차 확대되고 있다.

최근에는 장내 미생물이 숙주의 분자 생리 조절을 통해 비만을 유발한다는 구체적인 메커니즘까지 밝혀졌다. 

미국 UT 사우스웨스턴 메디컬센터(UT Southwestern Medical Center) 로라 후퍼(Lora Hooper) 면역학 및 미생물학 교수는 “동물실험에서 특정 장내 세균이 장의 지방 흡수 제한 인자를 억제해, 생쥐의 지방 흡수량이 증가하고 체중이 더 많이 늘어나는 현상이 관찰됐다”고 설명했다.

이어 그는 “특히 장내 미생물이 숙주의 비만에 대한 '브레이크'를 해제할 수도 있다”면서 “이는 마이크로바이옴이 숙주의 대사 조절에 직접적으로 관여하고 있음을 보여주며, 비만 치료에서 장내 미생물을 새로운 치료 표적으로 삼을 수 있는 과학적 근거를 제공한다”고 강조했다.

비만 원인 '뚱보균' 실제 존재할까?…장내 미생물 불균형 비만 유발↑

비만과 장내 미생물 다양성 사이에는 밀접한 연관성이 존재한다. 비만인에게서 관찰되는 장내 미생물 군집의 특징 중 하나는 퍼미쿠테스(Firmicutes) 계열 세균의 비율이 높고, 박테로이데테스(Bacteroidetes) 계열의 비율이 낮은 경향이 있다. 이는 장내 미생물이 섭취한 에너지의 추출 효율을 높여, 남는 에너지가 지방으로 저장되도록 유도할 수 있다는 가설을 뒷받침한다.

그러나 인체의 장내 미생물 구성은 식습관, 유전, 생활 환경 등 다양한 요인에 의해 크게 영향을 받는다. 이 때문에 모든 비만인에게서 동일한 미생물 패턴이 나타나는 것은 아니다. 일부 연구에서는 비만인과 정상인 간의 퍼미쿠테스와 박테로이데테스 비율 차이가 뚜렷하지 않다는 상반된 결과도 보고됐다. 해당 비율이 비만의 원인인지 결과인지에 대한 논쟁이 여전히 계속되고 있다.

그러나 일반적으로 건강한 사람의 장내 미생물군은 다양한 종이 균형 있게 공존하며, 미생물 다양성이 높은 반면, 비만이나 대사증후군 환자에게서는 미생물 다양성이 감소하는 경향을 보인다. 고지방 식단을 장기간 유지하면 유익균이 줄고, 염증 유발균이 증가해 장내 미생물의 불균형이 발생하며, 이러한 변화가 비만의 위험을 높이는 것으로 알려져 있다.

또한 아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila)는 마른 사람의 장내에서 풍부하게 발견되며, 비만한 사람에게서는 현저히 감소하는 경향이 있다. 즉, 장내 미생물 군집의 균형과 다양성이 깨지면 비만과 대사질환으로 이어질 수 있으며, 이에 따라 건강한 장 마이크로바이옴을 유지하는 것은 비만 예방의 핵심이라는 것은 분명하다.

해당 연구 결과는 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 2022년 5월호에 '지방의 종류가 고지방 식이 개입 효과에 미치는 영향(The source of the fat significantly affects the results of high-fat diet intervention)'이라는 제목으로 게재됐다.

장내 미생물은 숙주의 에너지 대사에 다방면으로 관여하며, 체지방 축적에 영향을 미친다. 장내 세균은 사람이 소화하지 못하는 식이섬유를 발효시켜 단쇄 지방산(SCFA, Short Chain Fatty Acids)이라는 대사산물을 생성한다.

단쇄 지방산은 장내 GPR41 및 GPR43 수용체를 자극해 GLP-1, PYY등의 식욕 억제 호르몬 분비를 증가시켜 식욕을 줄이고 에너지 소비를 높인다. 그 결과, 체중 증가를 억제하고 인슐린 감수성을 개선하는 데 기여한다.

장내 세균은 영양소 흡수와 지방 합성 경로에도 영향을 미친다. 무균 동물에서는 장세포의 영양소 흡수율과 간의 지방 합성 수준이 낮다. 일반 생쥐에서는 장내 미생물이 복잡한 탄수화물까지 분해해 추가적인 칼로리를 흡수하게 하며, 간에서의 지방 합성을 촉진하는 것으로 나타났다. 이 외에도 장내 미생물은 숙주의 지방 저장과 관련된 유전자 금식 유도 지방인자(FIAF, Fasting-Induced Adipose Factor) 발현을 직접 조절하기도 한다.

장내 미생물 표적 접근법, 비만 치료 새 핵심 전략으로 주목

장내 미생물이 비만에 관여한다는 사실이 알려지면서, 프로바이오틱스나 프리바이오틱스(유익균 섬유질 먹이)를 활용해 장내 미생물 환경을 개선하고, 이를 통해 체중을 조절하려는 시도가 활발히 이뤄지고 있다.

프로바이오틱스로 흔히 사용되는 유산균 락토바실리우스(Lactobacillus)와 비피도박테리움(Bifidobacterium) 계열의 일부 균주는 이미 체중 증가 억제 및 지방 축적 감소에 효과가 있는 것으로 널리 알려졌다. 실제 프로바이오틱스 섭취 시 체지방 감소나 인슐린 감수성 향상이 확인돼, 비만 치료 전략으로 활용될 수 있다는 가능성이 다수 연구에서 제시되고 있다.

다만 사람은 균주에 따라 효과가 상이하거나 미미할 수 있기 때문에, 환자별로 맞춤형 프로바이오틱스 개발이 필요하며, 이를 위한 추가 연구가 필요하다.

프리바이오틱스 섭취는 장내 환경 개선에 도움이 될 수 있다. 프리바이오틱스는 유익균을 증식시키고 유해균을 억제함으로써, 체지방 축적을 줄이는 데 긍정적인 효과를 보인다. 과체중 아동에게 프리바이오틱스를 수주간 투여한 결과, 대조군에 비해 체지방 증가가 적고, 장내 유익균 비율이 크게 향상됐다는 연구도 보고됐다.

즉, 건강한 식습관을 통해 장내 미생물 균형을 유지하는 것이 비만 예방 및 관리의 기본 전략이 될 수 있는 것이다. 이를 위해서 현미, 채소, 콩류 등 섬유질이 풍부한 식품을 충분히 섭취하고, 고지방 및 고당분 식단을 피하는 것이 유익균 우세 환경을 조성해 체중 조절에 유리한 조건을 만들 수 있다.

최근에는 건강한 사람의 장내 미생물을 이식하는 '분변 미생물 이식(FMT, Fecal Microbiota Transplantation)'을 활용한 비만 치료 연구도 진행되고 있다. FMT는 이미 난치성 장 질환 치료에 활용되고 있다.

중국 후난성 제2 인민병원(Second People’s Hospital of Hunan Province) 린 린(Lin Lin) 연구원은 “마이크로바이옴 기반 치료는 아직 초기 단계지만, 전 세계적으로 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다”면서 “개인별 장내 미생물 프로파일에 맞춘 맞춤형 비만 치료도 머지않아 현실화될 수 있을 것”이라고 전망했다.

이어 그는 “장내 미생물을 표적으로 하는 접근법은 향후 비만 및 대사질환 치료에서 새로운 핵심 전략이 될 것”이라고 덧붙였다.