오랫동안 기다려온 저녁 식사를 열심히 먹다 보면 위장에서 뇌로 전달되는 신호가 너무 많이 먹어 후회할 일을 막는다. 또는 그렇게 생각되기도 한다. 그 이론은 UC San Francisco의 과학자 팀이 최근 이 문제를 직접적으로 실험했다.

케브리(Kavli) 기초 신경 과학 연구소의 UCSF 생리학 교수인 자차리 나이트(Zachary Knight) 박사가 이끄는 팀은 배고픈 날 음식을 흡입할 위기에 처한 우리를 끌어당기는 것이 미각이라는 사실을 발견했다. 맛에 대한 인식에 자극을 받아 뇌 세포의 일종인 일련의 뉴런이 거의 즉시 반응하여 음식 섭취에 영향을 준다. 이 팀의 과학자들은 뇌간이 먹는 속도와 양을 조절하기 위해 사용하는 논리를 발견했다. 하나는 입에서 나오는 신호이며 다른 하나는 훨씬 나중에 장에서 나오는 신호이다. 이 발견은 우리가 식사를 어떻게 통제하는지 이해할 수 있는 새로운 개념을 제공할 수 있다. 2023년 11월 22일 세계적 과학 잡지인 네이쳐(Nature) 에 게재된 이 연구는 오젬픽(Ozempic)과 같은 체중 감량 약물의 작동 방식과 이를 더욱 효과적으로 만드는 방법을 정확히 밝히는 데 역할을 한다.

뇌간에 대한 새로운 견해
파블로프는 100여 년 전에 음식의 시각, 냄새, 맛이 소화 조절에 중요하다고 제안했다. 1970년대와 1980년대의 최근 연구에서는 음식의 맛이 우리가 먹는 속도를 제한할 수 있다고 알렸지만, 이 과정을 제어하는 ​​뇌 세포가 뇌간 깊숙한 곳에 위치하기 때문에 먹는 동안 식욕과 관련된 뇌 활동을 연구하는 것은 불가능했다.

수석 저자이자 Knight 연구실의 대학원생인 트렁 라이(Truong Ly) 박사가 개발한 새로운 기술을 통해 깨어 있는 상태에서 고립관핵(NTS)이라고 불리는 포만감을 느끼는 데 중요한 뇌간 구조를 최초로 영상화하고 기록할 수 있었다. 그는 이러한 기술을 사용하여 수십 년 동안 음식 섭취에 역할을 하는 것으로 알려진 두 가지 유형의 뉴런을 살펴보았다.

연구팀은 쥐의 위장에 음식을 직접 넣으면 PRLH(프로락틴 방출 호르몬)라는 뇌 세포가 위장관에서 보낸 영양 신호에 의해 활성화된다는 사실을 발견했는데, 이는 전통적인 사고와 이전 연구 결과와 일치한다. 그러나 쥐가 평소처럼 음식을 먹도록 허용했을 때 장에서 나오는 신호는 나타나지 않았다. 대신 PRLH 뇌 세포는 입에서 나오는 신호에 의해 완전히 제어되는 새로운 활동 패턴으로 전환되었다.

"이러한 세포가 미각의 인식에 의해 활성화된다는 것은 정말 놀라운 일이었습니다. 이것은 우리가 생각해야 할 식욕 조절 시스템의 다른 구성 요소가 있음을 보여줍니다."라고 라이 박사가 의견을 전했다.

배고플 때 뇌가 먹는 속도를 늦추는 것이 직관에 어긋나는 것처럼 보일 수도 있지만, 실제로 뇌는 음식의 맛을 동시에 두 가지 다른 방식으로 사용하고 있다. “이거 맛있어, 더 먹어”라고 말하는 부분도 있고, 얼마나 빨리 먹는지 지켜보며 “천천히 안 먹으면 아프겠다”고 말하는 부분도 있다. 이 둘 사이의 균형은 얼마나 빨리 먹는가이다. PRLH 뉴런의 활동은 쥐가 음식을 찾는 맛에 영향을 미치는 것으로 보인다고 라이 박사는 말했다. 이는 음식을 배불리 먹고 나면 식욕이 덜해진다는 인간의 경험과 일치한다.

체중 감량 약물에 영감을 주는 뇌 세포
PRLH 뉴런으로 인한 속도 저하도 타이밍 측면에서 의미가 있다. 음식의 맛은 이러한 뉴런이 장을 감시하는 것에서 입에서 나오는 신호에 반응하는 것까지 몇 초 만에 활동을 전환하도록 촉발한다. 한편, CGC 뉴런이라고 불리는 다른 뇌 세포 그룹이 위와 장의 신호에 반응하기 시작하는 데는 몇 분이 걸린다. 이 세포는 훨씬 느린 시간(수십 분)에 걸쳐 작용하며 훨씬 더 오랜 시간 동안 배고픔을 억제할 수 있다.

연구팀은 이 두 세트의 뉴런이 함께 피드포워드, 피드백 루프를 생성한다고 여긴다. 하나는 미각을 사용하여 속도를 늦추고 무슨 일이 일어날지 예상하는 것이며, 다른 하나는 직감 신호를 사용하여 '내가 실제로 먹은 양은 이 정도입니다. 좋아요, 이제 배가 부르네요!'라고 말하는 것이다. 장의 신장 신호에 대한 CGC 뇌 세포의 반응은 Ozempic, Wegovy 및 기타 새로운 체중 감량 약물이 모방한 호르몬인 GLP-1을 방출하는 것이다.

이들 약물은 라이 박사의 기술을 통해 마침내 연구자들이 연구할 수 있게 된 뇌간의 동일한 영역에 작용한다. 이제 우리는 이러한 약물이 작동하도록 만드는 뇌에서 일어나는 일을 분리할 수 있는 방법을 갖게 되었다는데 이번 연구의 의미가 있다. 신체의 다양한 부분에서 나오는 신호가 어떻게 식욕을 조절하는지 더 깊이 이해하면 두 세트의 뇌 세포에서 나오는 신호가 상호 작용하는 방식을 최적화하여 사람들이 먹는 개별 방식에 맞게 설계된 체중 감량 요법을 설계할 수 있는 문이 열릴 것이라고 연구진은 말했다.

연구팀은 식사 중 식욕을 억제하기 위해 음식의 미각 신호가 장의 피드백과 어떻게 상호 작용하는지 더 잘 이해하기 위한 연구를 계속해서 진행할 계획이다.

참조:
Materials provided by University of California - San Francisco. Original written by Robin Marks.