‘세포의 안테나’ 일차섬모, 배고픔을 감지한다. > 의료/제약

세포 활동에 영향을 주는 것으로 알려진 일차섬모가 배고픔을 감지해 우리 몸의 항상성 유지에 관여하는 것으로 확인됐다.

연세대 치과대학 구강생물학교실 김기우 교수, 양동주 연구원 연구팀은 일차섬모가 배고픔 신호를 감지한다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘대사 - 임상과 실험(Metabolism - clinical and experimental, IF13.934)’ 최신호에 게재됐다.

섬모(cilia)는 우리 몸을 구성하는 최소 단위인 세포의 특정 돌출 부위다. 그중 일차섬모(primary cilia)는 체내 원활한 세포 활동을 유발하는 ‘세포의 안테나’로 불린다.

우리 몸은 열량 등 체내 조건을 일정 수준으로 유지하려는 항상성을 갖고 있다. 그래서 음식을 너무 많이 섭취하면 식욕을 떨어뜨리는 렙틴(leptin)의 분비량을 늘려 불필요한 에너지 흡수를 막는다. 

반대로 음식 섭취량이 적으면 렙틴 분비량은 떨어뜨리고 스트레스‧피로‧두통‧구토 등 단식 반응을 일으키는 코르티코스테론(corticosterone), 테스토스테론(testosterone), T4의 분비량을 조절해 음식 섭취를 유도한다. 

연구팀은 이전 연구에서 일차섬모 기능에 이상이 생기면 신체의 에너지 조절 기능이 떨어져 비만이 발생한다는 사실을 밝힌 바 있다. 

이에 기존 연구를 토대로 렙틴의 분비를 감지해 포만감을 느끼게 하고, 배고픔 신호가 나오면 코르티코스테론 등 내분비 호르몬 분비량을 조절해 음식 섭취를 유발하며 항상성 유지에 관여하는 기관이 일차섬모라는 가설을 세웠다.

연구팀은 일차섬모를 제거한 모델 마우스와 일반 마우스에서 음식 섭취량 증가와 감소에 따른 렙틴과 내분비 호르몬 분비량을 비교했다. 연구 결과, 일차섬모가 없는 모델 마우스의 항상성 조절 기능이 손상된 것으로 나타났다. 

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음식 섭취량이 늘었을 때, 일차섬모가 없는 모델 마우스는 예상대로 렙틴의 분비를 감지하지 못했다. 

음식 섭취량이 늘자 렙틴 분비량이 증가했지만 신체가 이를 감지하지 못해 포만감이 느껴지지 않는 렙틴 저항성이 나타났고, 렙틴은 계속 분비되는 이상 반응이 나타났다. 모델 마우스의 평균 렙틴 분비량은 6ng/ml까지 늘어났는데 이는 일반 마우스(2ng/ml)의 평균 분비량보다 3배 이상 높은 수치다. 

연구팀은 이어 모델 마우스와 일반 마우스를 24시간 이상 굶긴 뒤 식사량 감소에 따른 반응을 비교했다. 

그 결과 일반 마우스에서는 렙틴 분비량이 0.5ng/ml이하로 거의 분비 되지 않아 음식 섭취가 정상적으로 유도된 것과 달리 모델 마우스에서는 일반 마우스가 포만감을 느낄 때의 렙틴 분비량(2ng/ml)보다 많은 3.5ng/ml가 분비됐다. 일차섬모가 없는 모델 마우스는 굶더라도 여전히 렙틴 분비를 감지하는 민감도가 낮아 음식 섭취에 대한 유도 반응이 일어나지 않았다.

음식 섭취량이 줄어 배고픈 상태가 되면 코르티코스테론의 분비량은 증가하고, 테스토스테론과 T4 호르몬의 분비량은 감소하는 등 단식 반응이 일어나며 항상성이 유지돼야 한다. 

일반 마우스가 각각 +65ng/ml, -0.25ng/ml, -2.8ng/ml의 변화폭을 보이며 스트레스 등 단식 반응이 나타난 것과 달리 모델 마우스의 호르몬 변화폭은 +35ng/ml, -0.1ng/ml, -0.5ng/ml에 그쳐 항상성 조절을 위한 단식 반응을 보이지 않았다. 

연구팀은 이러한 결과를 통해 일차섬모가 단식을 감지하고, 단식에 대한 우리 몸의 보호 반응에 필수 기관이라는 결론을 냈다.

김기우 교수는 “일차섬모는 우리 몸의 항상성을 유지하기 위해 호르몬과 단식 반응을 감지하는 데 핵심 역할을 한다”라며 “체내 에너지 과다 등으로 인한 비만과 당뇨 등 대사 질환을 치료할 수 있는 하나의 단서”라고 말했다.