KAIST 서성배 생명과학과 교수 연구팀

KAIST 연구팀이 뇌 시상하부 CRF 뉴런이 장내 칼로리를 지닌 포도당에만 반응한다는 사실을 밝혀냈다./KAIST

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 뇌가 단순히 총열량(칼로리)을 감지하는 수준을 넘어서 특정 영양소, 특히 포도당을 선택적으로 인식할 수 있다는 사실을 입증했다. 앞으로 식욕을 조절하거나 대사성 질환 치료 전략에 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 연구 결과다.

서성배 KAIST 생명과학과 교수 연구팀은 바이오및뇌공학과 박영균 교수팀, 생명과학과 이승희 교수팀, 뉴욕 알버트 아인슈타인 의과대학과의 협력을 통해 배고픔 상태에서 포도당이 결핍된 동물이 장내의 포도당을 선택적으로 인식하고 선호하도록 유도하는 장-뇌 회로의 존재를 규명했다고 9일 밝혔다.

인간을 포함한 생물은 당, 단백질, 지방 등 다양한 영양소로부터 에너지를 얻는다. 기존 연구들은 장내 총열량 정보가 시상하부의 배고픔 뉴런(hunger neurons)을 억제함으로써 식욕을 조절한다는 사실을 밝혔다. 다만 특정 포도당에 특이적으로 반응하는 장-뇌 회로와 이에 반응하는 특정 뇌세포의 존재는 규명되지 않았다.

연구팀은 이번 연구를 통해 뇌의 기능에 필수적인 포도당을 감지하고 필요한 영양소에 대한 섭취 행동을 조절하는 ‘장-뇌 회로’를 밝혀냈다. 이 회로는 뇌의 ‘스트레스 반응 세포(CRF 뉴런)’가 배고픔이나 외부 자극뿐만 아니라 소장에 직접 유입된 특정 열량 영양소에 대해서도 초 단위로 반응하고, 특히 포도당에 선택적으로 반응했다.

연구팀은 실시간 뇌 속을 정밀하게 추적할 수 있는 광유전학 기반 신경 활성 조절·회로 추적 기법을 활용해 포도당(D-글루코스, L-글루코스,) 아미노산, 지방 등 다양한 영양소의 움직임을 직접 관찰했다. 그 결과 뇌 시상하부의 CRF 뉴런 중 D-글루코스(glucose) 포도당에만 선택적으로 반응하는 것을 확인했다.

연구팀은 소장의 포도당 감지 신호가 ‘척수신경’을 거쳐 뇌의 특정 부위를 통해 CRF 뉴런에 전달되는 회로를 확인했다. 광유전학적 억제 실험에서도, 공복 상태의 생쥐에서 CRF 뉴런을 억제하면 동물은 더 이상 포도당을 선호하지 않게 됐다.

서성배 교수는 “이번 연구는 포도당에 특화된 장-뇌 신호 경로를 규명함으로써, 비만·당뇨병 등 대사 질환의 새로운 치료 표적을 제시할 수 있다”며 “향후 아미노산, 지방 등 다른 필수 영양소를 감지하는 유사 회로의 존재와 그 상호작용 메커니즘을 밝히는 연구로 확장될 예정”이라고 밝혔다.

참고 자료

Neuron(2025), DOI : https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.05.024

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