과학기술/기타

Food Style 2017.11 (p40~43)

면역력을 높이는 식품소재
자연면역에서 접근한 건강과 질병
아야베 도키요시(綾部時芳) / 홋카이도 대학원 첨단생명과학 연구원 세포생물과학분야

머리글
저출산 고령화 사회를 맞이하고 있는 일본에서 해결해야 할 최대의 건강 과제는 젊은 세대부터 중고령층에 이르기까지 확산 조짐을 보이고 있는 생활습관병의 증가이다. 이는 일본이 앞으로 지향해야 할 모습이 출산율을 높이기 위한 모자(母子)를 배려하는 사회의 실현과 중고령층의 생활습관병 극복에 따른 건강장수의 달성이라는 점을 시사하고 있다.

몸 속의 장관(腸管)은 식사를 소화시켜 영양을 흡수하는 기관이며, 장관으로부터 흡수된 영양에 의해 몸은 구성되며 성장해 간다. 따라서, 최대의 생활습관인 매일의 식생활이 장에서 건강과 질병까지 깊이 연관되어 있다라는 것을 쉽게 알 수 있다. 먹는 것에 따라 건강해질 수도 또는 병에 걸릴 수도 있다는 것은 우리 모두가 오랜 세월에 걸쳐 인식해 온 것이나, 이를 과학적 언어로 해명(증거화)하여 식품관련 사업에 적극 도입함으로써 실생활에 정착시키려는 움직임이 일어나고 있다.

현재, 식품 성능성에 대해 영양이라는 시점뿐만 아니라 면역, 대사, 재생 등 장의 다양한 기능 중에서 무엇을 알고 무엇을 알지 못하는지를 깨닫는 것이 요구되고 있다. 이런 식품 기능성을 둘러싼 최근 동향에 대해 장의 자연면역을 중심으로 논하고자 한다.

1. 먹는 것과 장의 자연면역과의 관계
몸은 건강을 유지하기 위한 다양한 장치가 있으며 자연면역과 획득면역으로부터 생성되는 면역은 그 중심에 위치하고 있다. 자연면역을 담당하는 세포에는 호중구, 마크로파지 및 수상세포, 더 나아가서 몸의 곳곳에 존재하는 상피세포 등이 있다. 자연면역은 병원균 및 바이러스 등을 사멸시켜 감염을 예방하는 것과 함께 염증 제어 및 상재균과의 공생에도 관여함으로써 여러 가지 질병의 예방에도 크게 관여하고 있다라는 사실이 밝혀졌다.

장은 생체 내에 있는 식품 기능성을 생각했을 때 가장 중요한 기관이라고 할 수 있다. 실제로 장은 자연면역을 비롯해 다양한 기능을 갖고 있으며, 생체에서 최대의 점막면역이 작용하는 곳이기도 하다. 장의 자연면역은 감염이나 암은 물론, 고혈압, 고지혈증, 메타볼릭(대사) 증후군, 뇌혈관 질환 등 많은 생활습관병 및 염증성 장 질환 등 많은 질병에 관여하고 있는 것으로 알려져 있다. 또한 장에는 유산균, 비피더스균, 및 의간균류(Bacteroidetes) 등 100조(兆)개 정도를 성인의 무게로 환산하는 경우, 약 1.2kg의 장내 세균이 살고 있으며 우리들과 공존하고 있다.

최근에 유전자 해석 기술이 발달함에 따라, 장내 세균의 역할이 잇달아 해명되면서 이른바 선옥균과 악옥균이라는 기존의 사고방식만으로는 설명할 수 없는 상황이 벌어지고 있다. 우리는 식품, 장의 자연면역, 장내세균의 3가지가 장내 환경을 형성하여 그 밸런스로 결정되는 공생균의 조성이 비만, 당뇨를 비롯한 여러 가지 질병과 연관 있음을 지적해 왔다.

이것들은 장내 세균의 밸런스를 제어하고 있는 자연면역으로서 소장(小腸)의 파네스세포라는 상피세포가 생산∙분비하는 항균 팹티드인 알파-디펜신(α-defensin)의 작용으로 알려져 있다. 우리는 알파-디펜신이 병원균을 강력하게 살균하는 한편, 상재균은 거의 죽이지 않으며 장내 세균총의 조성을 제어하고 있다는 것을 밝혀냈다. 또한 모노크로날 항체를 사용한 알파-디펜신의 정량계(系)를 개발하여 분변 속의 알파-디펜신 농도를 시간에 따라 측정하거나, 알파-디펜신의 분비 응답을 유도하는 것과 같은 식품의 탐색을 처음으로 실현시켰다.

장내 환경의 항상성 유지를 통해 건강이 유지되며 질병을 예방할 수 있다는 것이 차츰 밝혀지고 있다. 증거에 기반을 둔 새로운 식품 기능성을 널리 전파하여 ‘먹거리(食)’와 면역의 과학적 증거를 적극적으로 도입한 신규 기능성 식품 개발을 시행하기 위한 기술 기반이 마련되고 있다.

2. 장 상피세포가 맡고 있는 중요한 기능
장의 상피세포는 신체 중에서 가장 넓은 표면적을 가지고 있으면서 외부와도 직접 연결되어 있는, 이를테면 ‘내면의 외부’인 장관내강과 인체 간격을 떨어뜨리고 있다. 장은 외부로부터의 침입을 방지하는 면역이 발달되어 있는 한편, 생존하는데 필수인 영양소 등을 소화하여 흡수하는 것을 비롯해 다채로운 기능을 발휘하고 있다.

소장의 상피세포는 원주세포(Columnar cell), 장관내 분비세포(Enteroendocrine cell), 배상세포(Goblet cell) 및 파네드(Paneth)세포라는 4계통의 세포계통으로부터 만들어져 해부학적으로 융모나 음와(陰窩)를 형성하고 있다. 모든 장 상피세포는 음와 기저부 근처에 존재하는 간세포로부터 공급된다. 파네드세포 이외의 3계통의 최종 분화세포는 분화와 함께 내강(內腔)측으로 이동하여 3~4일마다 탈락과 재생을 반복하고 있다. 파네드세포는 소장 음와의 최저 기저부에서 3주 정도 생존하는 것으로 알려져 있다.

장의 융모라는 구성 조직은 성인일 경우, 테니스 코트 한 면 반이나 되는 커다란 표면적을 가지고 식품과 접하면서 생존하기 위한 필수 에너지를 효율적으로 얻고 있다. 장 표피세포는 점액 공급, 대사, 내분비, 뇌장상관 (腦腸相關) 등 다양한 기능을 하고 있다. 동시에 음와에 있는 파네드세포가 분비하는 알파-디펜신 등 장 상피세포 유래의 자연면역 및 장에 존재하는 몸 전체의 60% 이상의 임파구 유래의 획득면역으로 외부로부터의 적의 침투를 저지하여 건강한 몸을 유지하게 한다.

즉, 장 상피세포는 에너지원인 각종의 영양소를 흡수할 뿐만 아니라, 면역, 특히 자연면역이 재빠르게 식품과 함께 침입하려는 병원체, 독소 등을 강력하게 제거하여 건강한 몸을 유지하는데 공헌을 하고 있다. 자연면역으로 건강과 질병을 설명 할 수 있음으로써 장 상피세포가 담당하는 장관(腸管)기능을 타깃으로 하는 새로운 기능성 식품의 개발이 진행되는 것에 기대를 모으고 있다.

3. 식품 기능성에 대한 산학관의 새로운 조류
식품 기능성 연구가 진행되는 상황에 있어서 산학관 연대의 중요성이 최근 몇 년 동안 점점 더 높아지고 있다. 산학연대의 중요성은 말할 필요도 없지만, 관(행정)도 일찍이 솔선하여 중요성을 인식해 적극적으로 새로운 정책을 명확히 세워 왔다. 식품 기능성에 관련된 국가의 제도로서 특정 보건용 식품, 영양기능 식품에 이어 2015년에는 기능성 표시식품이 스타트했다.

특정 보건용 식품과 기능성 표시 식품을 합치면 현재까지 1,700 품목 이상이 인증을 받고 있다. 또한 일본 최대의 식량 공급기지이며 농축수산물의 보고라고 할 수 있는 홋카이도(北海道)는 2011년에 국내 유일의 푸드 특구로 지정되어, 먹거리 관련 산업의 진흥, 도산(都産)식품의 해외수출을 비롯해 다방면에서 성과를 올리고 있다.

2013년에는 자치단체로는 처음으로 홋카이도 자체의 식품기능성 표시제도(헬시-Do)를 창설하여 2017년 9월 현재 40개사 74품목이 인증을 받았다. 홋카이도의 헬시-Do는 “가공식품에 포함되어 있는 기능성 성분에 대해서 건강한 몸 만들기에 관한 과학적 연구가 시행된 사실을 홋카이도가 인증한다”라는 제도이며, 이 표시에 의해 소비자는 그 식품의 기능성에 과학적인 배경이 있다는 것을 알 수 있다. 어느 제도가 되었든 간에 식품 기술성을 과학적 견지로부터 정의하여 과학적 근거가 있는 기능성 식품과 과학적인 배경이 없는 것과의 차별화를 의도하고 있으며, 제도가 지향하는 방향성은 타당성이 높은 이상적인 모습이라고 생각된다.

나머지는 식품 기능성을 식품 측과 숙주(생체기능) 측의 양 쪽에서 해명하는 것, 새로운 식품 기능성의 지표 및 해석 기술을 확립하는 것, 새로운 식품 기능성의 지표 및 해석 기술을 확립하는 것, 그리고 제도 자체의 운용에 의해 목표로 하는 국민의 ‘먹거리에 의한 건강’에 어디까지 공헌할 수 있을지에 관해 지혜의 집약이 필요하다는 것에는 논의의 여지가 없다.

맺는 글
기업 및 대학 등의 많은 식품 기능성 연구자에 의해 독창적∙첨단적 해석방법을 조합함으로써 지금까지 알려져 있지 않았던 여러 가지 식품, 식재료∙성분의 기능성을 탐색할 수 있게 되었다. 최초로 비만인 사람에게 공통으로 보여지는 장내 세균총의 밸런스의 부조화(Dysbiosis)가 보고되면서부터 오늘에 이르기 까지 다양한 질병에 있어서의 Dysbiosis의 관여가 보여지고 있다.

그러나 많은 질병에 있어서 그것들의 인과관계 및 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 우리는 파네스세포로부터 분비되는 알파-디펜신이 장내 세균총의 조성을 제어하는 것을 밝혀내어 식품 기능성으로서의 알파-디펜신 분비를 촉진하는 식품의 연구∙개발 등 새로운 시도를 추진하고 있다. 알파-디펜신은 장내 세균총을 제어하여 그 이상(異常)은 Dysbiosis를 매개체로 한 감염증, 비만, 크론병 및 이식편대숙주병 등을 일으킨다고 예상된다.

식품, 장내 세균, 알파-디펜신에 의한 장의 자연면역의 3가지가 장내 환경을 구성하는 구조를 명백히 밝혀냄으로써 ‘식(食)’이 크게 관련된 장내 환경의 밸런스 조정과 건강과의 관계를 분명히 밝혀내고 싶다.

 -- 끝 --