프리바이오틱스 VS 프로바이오틱스

• "프리바이오틱스, 장내 환경 개선에 효과적"

[5]프로바이오틱스

지난 글의 식이 내용 및 식습관(과식에 의한 비만, 거식증 등 식이장애 포함)에 따른 장내 균총의 변화에 대해 비만까지 서술한데 이어 남은 중증 영양실조과 거식증의 경우를 살펴보도록 한다.

급성 중증 영양실조는 체중 증가 및 골격 성장을 위한 장내 세균총의 영양학적 구실을 빼앗는 격이다. 이런 장내 환경은 대체로 미성숙하고 균총 구성의 다양성이 감소된 형태를 띠게 되는데 특히 호기성 및 병원성을 가지는 균종 중 Proteobacteria속 소장 내 과잉 증식이 관찰된다. 즉, 산소가 희박한 소장 내 산소를 좋아하는 균의 증식이 관찰되는 소장내 세균과잉증식(SIBO) 현상이다. 소장 환경이 말이 아니라는 뜻이다. 그래서 장내에 독성 요소들이 증가하고 장운동성, 화주성(chemotaxis), 유독성, 물질의 막이동 및 세포 호흡과 관련된 단백질 유전자들의 발현을 촉진하게 된다. 당연히 소화력, 에너지 생산성, 염증반응 및 면역시스템(인체방어력), 인체 기관 및 조직의 재생력등에 변화가 발생한다. 반대로 Bacteroidetes를 위시한 혐기성 균종은 대체로 감소를 보이게 돼 매우 산소에 민감한 대표적인 혐기성 균인 M. smuthii가 거의 보이지 않게 되는 경우가 많다고 한다. 또 관찰되는 F.prausnizii와 같은 균의 분포 감소는 비만과 관련이 크다는 것이 이미 많은 동물실험들을 통해 잘 알려져 있다. 결국 영양실조로 장 상태가 비만이 되기 쉬운 상태로 전환되는 근거이다.

에너지원 및 장내 환경에 유익한 역할을 하는 SCFA(단쇄 지방산) 생성 및 당발효를 하는 세균의 감소는 영양소 흡수 및 대사에 관련된 유전자들의 발현 감소와 상호인과적으로 일맥상통하는 얘기다. 심한 다이어트후 과식을 초래하거나 정상 식사량인데도 이전보다 더 비만해지는 요요현상 및 체력 저하, 염증 증가 등 급만성 질환 리스크 증가가 나타나는 이유들 중 하나가 바로 이들 세균 분포의 위축 및 영양소 흡수와 대사에 관련된 단백질의 유전자 발현감소로 장내 및 체내 에너지원 생성이 제대로 이뤄지지 못해 결국 더 영양요구량이 커지고, 장내 환경도 지속적으로 소화불량 및 불안정적인 면역시스템을 초래하는 비건강상태로 악화되는 사실에 그 근거가 있다. 영양실조는 아니더라도 강도 높은 섭취 칼로리 제한을 통한 다이어트 시 요요현상을 막기 위해서라도 장내 환경에 신경을 써야하는 이유다.

또 기저 질환 또는 약물, 수술 및 처치, 정신적 스트레스 등 다양한 원인들에 의한 식욕의 비정상적인 감소도 마찬가지다. 또 만성 중증영양실조의 하나인 콰시오커(Kwashiorkor) 환자들에게서 TCA cycle 관련 효소들의 선택적 저해가 관찰되기도 했다. 풀어보면 영양실조가 인체 에너지 생성을 위한 macronutrients의 대사력을 감소시키는 근거가 되는 것이다.

정리해보면 중증영양실조는 Bilophia, Klebsiella, Escherichia, Streptococcus, Shigella, Enterobacter, Veillonella 그리고 Bacteroidaceae, Porphyromonadaceae속은 증가하고 Roseburia, Feacalibacerium, Butyribrio, Synergistetes속들은 감소하는 게 관찰된다.

인체 내외부적 환경요인에 의한 중증 영양실조와 정신질환적 개념의 거식증은 결과적으로 비슷한 신체상으로는 영양학적 비정상 상태라고 생각할 수 있지만 약간의 차이가 있다. 두가지 경우 모두 장내 균총의 다양성 감소가 보이지만 거식증은 좀 더 심각하고, 이들의 장내에서는 영양실조 시 감소한 것으로 나타난 혐기성 균인 M.smithii은 오히려 증가하며 Lactobacillus plantarum을 위시한 Lactobacillus속, Strptococcus속, Clostridium coccoides, Bacteroides fragilis의 감소로 SCFA, acetate, propionate등이 줄어드는 것으로 알려지고 있다.

결과적으로 장내 균총 구성은 영양실조와 거식증의 경우 서로 다르지만 인체에 대한 영양학적인 영향은 비슷하다. 실제로 영양실조에서는 급격한 감소를 보인 대표적인 혐기성 균인 Firmicutes, Actiobacteria, Bacteroidetes들이 거식증에서는 가장 많이 발견된다는 조사결과들이 발표되고 있어 Microbiome- gut-brain axis관련 연구에서 해당 케이스 조사 결과들이 도움이 될 것으로 본다. 지금까지 영양소와 관련한 식이 내용 및 식습관, 그리고 약물 및 외부 독소의 유입에 의한 장내 균총 변화와 그 영향에 대해 실제 사례 및 연구 조사를 위주로 알아봤다. 역시 외부로부터 유입되는 내용물과 개인별 식이습관이 장내 환경에 다양한 변화를 일으키고 이러한 변화가 2차적으로 약물 또는 물질 대사 및 해독에 영향이 미치고 비만 및 염증, 면역반응을 포함한 각종 질환 발생 요인이 되는 악순환으로 인체는 더 피로하게 된다. 그 중심에 장내 균총이 있으니 이것이 문제 해결의 근본적인 핵심 키가 된다. 이에 대해 우리에게는 여러가지 해결 방법이 알려져 있고 아직 의심쩍은 미확정성 세계인 것도 있다. 최근 십수년간 대표적인 해결책으로 떠오른 프로바이오틱스(probiotics)의 역할 및 기전에 대해선 수없이 많은 증명들이 이뤄졌고 아직도 신나게 진행중이다. 그러나 여기서 그런 진부한 얘기를 하자는 것이 아니다. 바로 프리바이오틱스(prebiotics)를 논하고자 한다.

앞서 기술한 장내 균총 변화의 공통 문제는 각 연령별, 지역별 건강한 신체의 일반적인 장내 균총 분포와는 현격하게 다른 특정 균종들의 이상증식이다. 그렇다면 이들 과잉 증식된 균종의 분포 비율을 줄이기 위해 상대적으로 정상보다 줄어든 다른 균종의 성장을 촉진하면 되는 것이다. 장내 정상 세균총의 분포는 소위 유익균, 유해균이 약 8대 2의 비율로 서로 견제하며 균형을 이루고 있다는 것은 누구나 알고 있는 기초 상식이다. 즉, 정상분포 비율보다 과잉으로 증식된 특정 균종을 다른 상대적으로 감소된 장내 유익균종의 증식으로 제어하는 방법이다. 물론 유익균 증식을 위해 유익균 자체를 대량으로 공급하는 프로바이오틱스 방법론이 있지만 유익균을 많이 넣어주더라도 이들이 제대로 정착할 수 있는 장내 환경 조성 및 대사와 성장을 위한 먹이가 없는 상태, 특히 숙주인 인체가 이러한 조건을 뒷받침하지 못하는 상태인 경우는 부족한 방법론이다. 예를 들면 기저 질환으로 한창 또는 장기간 투병중이거나 체력 저하 시 식이내용 및 식습관 불량의 개선이 어려운 경우, 신체 내외부의 물리화학적 또는 정신적 스트레스가 지속되는 경우, 약물, 외독소 및 내독소의 지속적인 생성과 유지, 신체 대사기능 이상, 신체 내부 기관 및 조직 변화 등과 같은 경우다. 이 경우 프리바이오틱스만으로 만족할 만한 결과를 획득하기 쉽지 않는 것이 일반적이다. 결국 이럴 때일수록 프리바이오틱스의 중재가 매우 중요해진다.

유익균 즉 프로바이오틱스에 프리바이오틱스를 좀 더 보강한 신바이오틱스(synbiotics) 또는 장내 존재하는 유익균의 성장을 돕기 위해 프리바이오틱스 단독 공급이 이상적인 해결방법이 된다. 그래서 요즘 글로벌 트렌드는 프리바이오틱스, 즉 불용성 식이섬유 공급원과 FOS, GOS같은 다당류 단독제제가 한창 뜨고있다. 필자 생각에는 앞서 언급한 것처럼 프로바이오틱스의 정착과 증식에 방해요소들이 많은 이유와 프로바이오틱스 스트레인 특이성(strain specificity) 및 개인별 microbiome의 다양성이 밝혀지기 시작해 프로바이오틱스 단독으로 승부를 내기 쉽지 않다는 결론에 이르기 때문이다. 또 장내 세균에 의한 프리바이오틱스 주요대사산물인 SCFA 자체 항염 및 세포자멸억제효과 대장암 및 대장염의 예방에 대한 기여도 역시 최근 증가하는 이들 질환의 해결에 긍정적이기 때문일 것이다.

모유수유아들에게는, 모유에 들어 있는 HMOs(Human milk oligosaccharide)s가 Bifidobacterium 균종의 장내 정착을 돕는 프리바이오틱스다. 모유가 이래서 좋은 것이다. 또 많은 조제식 분유에 GOS(galacto-oligosaccharides) 및 FOS(fructo-oligosaccharides)가 포함돼 있다. 이는 영아들이 성인처럼 음식 등으로 프로바이오틱스를 쉽게 공급받을 수 있는 환경이 아니며 더구나 모유수유마저 받지 못하는데 이들 다당류들이 영아의 장내 주요 정착 균종으로서 매우 중요한 Bifidobacterium 균종의 성장을 촉진하기 때문이다.

대장에 주로 분포하는 Bifidobacterium은 성인의 경우 변비, 가스생성에 의한 복통, 게실 등 좀처럼 개선이 쉽지 않은 급만성 대장 질환과 각종 면역관련 질환에 매우 효과적이다. 그럼 그런 성인에게도 답은 나와 있다. 또 불용성 식이섬유가 중요한 이유 역시 이들 균종이 잘 정착해 이상적으로 증식할 수 있도록 장내 환경을 개선하는데 도움을 주기 때문이라는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 장내 균총이 개인별로 좀더 다양한 성인의 경우 대표적 프리바이오틱스로 FOS, GOS, lactulose, inulin과 같은 다당류 외에 아티쵸크, 마늘, 부추, 양파, 치커리 등과 같은 식물성 식재료들이 있다. 이런 프리바이오틱스를 공격적으로 섭취한 결과 Lactobacillus, Bacteroides, Lachnospiraceae, F. prausnitzii와 같은 균종의 장내 분포가 증가했다는 연구 결과들이 많이 나와 있다. 그래서 근래 학계에선 좀더 다양한 근원의 가장 이상적인 프리바이오틱스 제제를 찾는 연구가 human microbiome 연구와 함께 진행되고 있다고 한다.