연세대 의과대학 의생명과학부 남기택 교수와 한양대학교 ERICA 바이오신약융합학부 정행등 교수 연구팀은 위와 소장, 대장을 아우르는 위장관 전체에서 장내 미생물과 조직 줄기세포 간 상호작용 메커니즘을 체계적으로 정리했다고 31일 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘장내 미생물(Gut Microbes, IF 12.2)’에 게재됐다.

연구팀은 위, 소장, 대장을 포함한 위장관 전체에서 미생물과 그 대사산물이 줄기세포의 휴지기, 증식, 분화를 조절하는 메커니즘을 종합적으로 정리했다.

먼저 장내 미생물이 생성하는 단쇄 지방산(SCFAs), 트립토판 유래 인돌(Indoles), 숙식산(Succinate), 2차 담즙산(Secondary bile acids) 등의 대사산물이 숙주 줄기세포의 운명을 결정하는 핵심 신호 전달체임을 체계적으로 정리해 미생물 대사산물과 줄기세포의 상호작용을 규명했다.

또한 소장, 대장 등 위장관 부위별 조절 기전도 구체적으로 분석했다. 위에서는 공생 미생물이 생성하는 부티레이트가 GPR43 수용체를 통해 위 주세포(예비 줄기세포)의 휴지기 상태를 유지시키고, 비정상적인 증식을 억제해 암 발생을 막는 기전을 강조했다. 소장과 대장에서는 미생물 대사산물이 상피세포뿐 아니라 파네스 세포(Paneth cell), 면역세포(ILC3) 등 줄기세포 주변의 ‘니치’ 환경을 조절함으로써 간접적으로 줄기세포 활성을 조절하는 복합적인 경로도 제시했다.

마지막으로 동일한 대사산물이라도 농도나 작용하는 세포의 상태에 따라 조직 재생을 돕거나, 반대로 암을 유발할 수도 있다는 ‘부티레이트 역설(Butyrate Paradox)’과 같은 양면성을 심도 있게 분석해, 향후 미생물 기반 치료제 개발 과정에서 고려해야 할 중요한 기준들을 제시했다.

남기택 교수는 “이번 연구를 통해 위장관 내 미생물과 줄기세포 간 상호작용을 통합적으로 정리하고, 상대적으로 연구가 미진했던 위 분야의 학문적 이해를 한 단계 넓힐 수 있었다”면서 “특히 위암과 대장암 등 소화기암 발생이 미생물 불균형, 특정 대사산물 신호 전달 이상 등과 밀접하게 연관돼 있음을 확인함으로써, 향후 유익균이나 미생물 유래 대사물질을 활용한 점막 재생 및 암 줄기세포 표적 치료 전략 개발의 이론적 토대가 될 것으로 기대한다”고 말했다.