고지방 음식, 장내 줄기세포 생태 변화시켜 종양 생성 가능성 높아져
지난 10년 동안의 연구결과 비만과 고지방 고칼로리 음식 섭취가 많은 유형의 암을 유발하는 위험요인인 것으로 밝혀졌다. 이제 와이트헤드 연구소와 MIT 대학교 코치 통합 암 연구소가 실시한 새로운 연구는 고지방 음식이 어떻게 장의 내피 세포들이 암이 될 가능성을 더 크게 만드는지를 밝혔다. 이 동물실험은 고지방 음식이 장내 줄기세포 집단이 번창하게 만들고 또 줄기세포 같이 행동하는 다른 세포들을 만들어내는데 이는 그들이 무한정 스스로 증식해서 다른 유형의 세포로 분화할 수 있는 것을 시사한다. 

이들 줄기세포와 줄기세포 같은 세포들은 장에 종양을 유발할 가능성이 더 높다고 MIT 대학교 생물학 조교수로 이번 연구의 공동 책임자인 오머 일마즈는 말했다. 고지방 음식은 줄기세포의 생태를 변화시킬 뿐만 아니라 줄기세포가 아닌 세포 집단의 생태까지도 바꾸어버리고 그로 인해 종양이 생길 가능성이 높아진다고 코치 연구소의 일원으로 매사추세츠 종합병원의 소화기병리 전문의인 일마즈는 설명했다. 

고지방 음식을 먹으면 줄기세포가 아닌 세포들이 줄기세포의 성질을 습득해서 형질이 바뀌게 되고 그렇게 되면 암으로 변하게 된다고 와이트헤드 연구소의 연구원인 데이비드 사바티니가 말했다. 사바티니도 MIT 대학교 생물학 교수로 하워드 휴즈 의학연구소 연구원으로 활동하고 있다. 이전에 칼로리 제한이 장의 즐기세포에 미치는 영향에 대한 연구를 공동으로 실시한 사바티니와 일마즈는 이번 연구의 선임 저자들이다. 

이전의 연구에 의하면 비만인 사람은 대장암에 걸릴 위험이 높다. 음식과 암 간의 관계를 연구하는 사바티니와 일마즈의 실험실은 대장암 위험을 높이는 밑바탕이 되는 세포 메커니즘을 밝혀내는 일에 착수했다. 우리는 장기적인 고지방 음식 섭취가 줄기세포의 생태에 어떤 영향을 미치는지 또 음식으로 인해 줄기세포에 일어난 변화가 어떻게 장의 종양 발생에 영향을 미치는지를 알아보려고 했다고 일마즈는 말했다. 

고지방 먹이 먹은 실험동물, 체질량 더 늘고 장에 더 많은 종양 생겨
최근의 연구들은 평생 존속하는 장내 줄기세포들이 대장암을 유발하는 돌연변이를 축적할 가능성이 가장 높은 것을 밝혔다. 이 줄기세포들은 장의 내피, 즉 상피에 존재하고 상피를 구성하는 다른 유형의 세포들을 모두 다 만들어낸다. 이들 줄기세포와 비만과 관련이 있는 암 간에 연관성이 있는지를 조사해보기 위해 연구진은 건강한 실험동물에 9~12개월 동안 지방질이 60%로 구성된 먹이를 먹여보았다. 연구진에 의하면 이런 먹이는 지방질이 보통 20~40%인 미국의 전형적인 음식보다 지방질이 훨씬 더 많은 것이라고 한다.  

그 기간 동안 고지방 먹이를 먹은 실험동물들은 통상적인 먹이를 먹은 실험동물보다 체질량이 30~50% 더 늘어났고 장에 더 많은 종양이 생겼다. 그 실험동물들은 또 장에 있는 줄기세포에 몇 가지 뚜렷한 변화가 생긴 것을 연구진이 발견했다. 

첫째, 고지방 먹이를 먹은 동물은 통상적인 먹이를 먹은 동물보다 장에 줄기세포가 훨씬 더 많은 것을 연구진이 발견했다. 그런 줄기세포들은 주변의 세포들로부터 정보를 받지 않고도 작동할 수 있었다. 보통 장내 줄기세포들은 지원 세포로 둘러 쌓여있고 그런 지원 세포들이 줄기세포의 활동을 조절하고 언제 줄기세포나 분화된 세포를 만들어내야 하는지를 알려준다. 

그러나 고지방 먹이를 먹은 동물의 줄기세포들은 독자적으로 기능을 하는 능력을 더 많이 갖고 있었다. 이들 줄기세포를 추출해서 지원 세포가 없이 세포 배양 용기에서 배양해보았더니 통상적인 먹이를 먹은 동물의 장내 줄기세포보다 훨씬 더 쉽게 작용해서 일종의 초소형 장을 만들어냈다. 줄기세포가 더 많이 생겼고 그들의 미세환경으로부터 정보를 받지 않고 독자적으로 작용할 수가 있었다고 일마즈는 말했다. 

또 연구진은 줄기세포의 분화된 딸 세포 즉 전구세포로 알려진 또 다른 세포군이 줄기세포 같이 행동하기 시작하는 것을 발견했다. 이들 세포는 하루 이틀 정도 되는 통상적인 수명보다도 훨씬 더 오래 살기 시작했고 인체의 외부에서 배양하면 초소형 장을 만들어낼 수도 있었다. 줄기세포들이 흔히 (종양으로 발전하는) 돌연변이가 생기는 장내 세포이기 때문에 이는 정말로 중요하다고 일마즈는 말했다. 줄기세포가 더 많이 생길뿐만 아니라 종양으로 진행하는 돌연변이를 갖게 되는 능력을 갖춘 비줄기세포 집단까지 생기는 것이 된다고 그는 부언했다. 

연구진은 또 고지방 먹이로 과잉 활성화되는 영양소 감지 경로도 확인했다. 암세포는 통상적으로 탄수화물과 설탕을 에너지원으로 사용하는데 PPAR-델타라는 지방산 감지기가 다량의 지방질에 반응해서 지방질을 연소해서 에너지로 사용하도록 하는 대사과정을 작동시킨다. 실제로 PPAR-델타의 작은 분자 길항제가 통상적인 먹이를 먹은 실험동물에 있어서 고지방 먹이의 영향을 모방해서 흉내를 낸다고 사바티니는 말했다. 

PPAR-델타는 이런 대사 프로그램을 활성화할 뿐만 아니라 추가로 줄기세포의 정체에 중요한 한 쌍의 유전자도 작동시키는 듯했다. 일마즈는 자신의 실험실이 비만일 때 생기는 종양을 치료하기 위한 표적을 확인하기 위해 현재 어떻게 그런 일이 일어나는지를 더 깊이 연구하고 있다고 밝혔다. 

출처: S. Beyaz et al., "High-fat diet enhances stemness and tumorigenicity of intestinal progenitors" Nature  531, 53–58 (03 March 2016)