과학기술/기타

Food Style 2017.3 (p34 ~37)

폴리페놀(Polyphenol)과 장내세균
체중증가 억제 및 혈당치 상승 억제 기능에 주목
마스모토 마사코(升本早枝子)  / 농업연구기구 과수차업(果樹茶業)연구부문

1. 머리글
고대 중국으로부터 계승된 사상인「약식동원(藥食同源)」「의식동원(醫食同源)」 및 히포크라테스의「음식으로 약이 되게 하고, 약으로 음식이 되게 하라(Let food be thy medicine and medicine be thy food)」는 말이 있듯이 약과 동등하게 식품으로 질병을 방지하는 기능을 기대하는 사고방식은 예로부터 뿌리내려 있다고 할 수 있다.

양호한 식생활에 의한 영양상태는 질병 위험을 경감시켜 건강을 유지하기 위한 중요한 요소이다. 식품의 기능은 영양기능(1차기능), 기호기능(2차기능), 생체조절기능(3차기능)의 3가지로 크게 나눌 수 있다. 식생활의 건전화는 건강증진 및 질병예방에 유효하지만, 여기에는 식품의 섭취량뿐만 아니라, 식품에 포함되어 있는 기능성 성분에 의한 면역 조절효과, 항(抗)염증 효과 등의 3차기능이 중요한 역할을 다하고 있다. 또한, 최근에는 장내세균군(群)의 변화가 숙주의 에너지 조절 및 영양섭취, 면역기능 등에 영향을 끼쳐, 비만 및 당뇨병 등의 대사이상과 밀접한 관계가 있다고 보고되고 있다.

장내세균을 개선하는 대표적인 식품성분으로는 식이섬유가 있다. 영양학에서는 식이섬유는 소화, 흡수되기 어렵기 때문에 불필요하다고 했으나, 장내세균의 먹이가 되기 때문에 부틸산이나 프로피온산 등의 유용한 장내세균을 늘리는 작용이 있다는 것이 밝혀지게 되어 그 기능성이 주목 받게 되었다. 지금까지 식품성분의 기능성 연구에서는 성분의 습수성 및 생체이용성이 중시되어 왔으나, 식이섬유와 같이 흡수에 직접 관여하지 않고 장내 환경을 통해 생체항상성을 제어하는 구조가 주목을 받게 되어, 새로운 생활습관병 예방 및 개선의 대상으로 기대가 모아지고 있다.

본 글에서는 장관(腸管)에서 흡수되기 어렵고 생체 이용성이 낮은 고분자 폴리페놀의 기능성에 대하여 체중증가억제 효과 및 장내세균군에 미치는 영향 등에 대해 최신의 연구보고를 함께 해설하겠다.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      2. 폴리페놀과 기능성
「파이토케미컬(phytochemical)」은 생체항상성의 유지, 정상화에 관여하는 식물유래의 기능성 성분의 총칭으로, 과실 등의 농산물이나 과즙, 음료 등의 가공품에 폭넓게 포함되어 있는 성분이며, 그 유효활용에 대한 기대는 크다. 폴리페놀류(類)는 대표적인 파이토케미컬의 하나로써 과실의 색깔이나 떫은 맛을 내는 데 기여하는 성분이다. 항산화 작용을 비롯해 다양한 생체조절 기능을 가지고 있어 생활습관병의 예방 및 개선에 도움을 줄 수 있다고 기대를 받고 있어, 많은 연구보고가 나오고 있다.

일반적으로 폴리페놀류가 비만예방 및 당∙지질대사의 개선 등의 생체 조절기능을 발휘하기 위해서는 적절한 양을 섭취하여 장관으로부터 체내에 흡수되어 간장 및 지방조직 등에 작용하는 것이 필요하며, 생체이용성이 중요한 작용 메커니즘의 하나로 인식되고 있다. 카테킨 및 케르세틴 등의 저분자 폴리페놀류(분자량 약 200~500정도)는 섭취 후, 생체에 흡수되어 간장 및 지방조직에서의 유전자 발현 및 사이토카인 산생(産生) 등을 억제시키고 있다는 사실이 밝혀졌다.

한편, 사과 등의 과실에 함유되어 있는 프로시아니진류(類) 및 발효 등의 공정으로 생성되는 차 및 와인의 탄닌류 등의 고분자 폴리페놀(분자량 약 1,000이상)은 장관에서의 흡수가 거의 없이, 생체이용성이 낮으므로 이 고분자 폴리페놀에 의한 생체조절 기능은 없다고 인식되어 왔다.

3. 폴리페놀과 장내세균
Gordon 팀은 비만 실험 쥐와 정상 실험 쥐의 장내세균군을 16SrRNA계통해석에 의해 비교하여 비만 실험 쥐에서는 피르미쿠트(firmicute) 문(門)이 박테로이데스(Bacterides) 문보다 월등히 많다는 것을 밝혀냈으며, 2006년의 Nature지에 보고하고 있다. 이로 인해 최근, 피르미쿠트 문과 박테로이데스 문의 비율(F/B)수치는 비만에 대한 장내환경의 지표로써 사용되고 있다. 또한, 비만 실험 쥐의 장내세포를 정상 실험 쥐에 이식했더니 정상이었던 쥐의 체중이 늘어난 것과 관련, 사람한테도 비만자와 비(非)비만자는 장내세포군이 다르다는 것이 보고되고 있다. 장내세균군은 섭취하는 식품의 영향을 크게 받아 변화함에 따라, 최근에는 다양한 식품성분과 장내세포군의 연관성에 관한 연구가 진행되고 있다. 폴리페놀류에 있어서는 카테킨 및 이소플라본 등으로 비만모델에 대한 장내세균군으로의 영향이 검토되고 있으나, 아직까지 명확한 결과는 보고되고 있지 않다.

프로시아니진류는 카테킨 및 그 이성체인 에피카테킨이 복수 중합한 폴리페놀류이다. 카테킨류와 결합위치의 조합에 의해 중합도별로 많은 이성체가 존재한다. 사과유래의 프로시아니진에서는 15양체의 고분자의 것이 존재한다고 밝혀졌다. 프로시아니진류로 대표되는 고분자 폴리페놀은 화학구조가 복잡하여 또한 다른 폴리페놀과의 분리가 어렵다. 따라서, 생체이용성에 대한 해석이 쉽지 않은 관계로 불분명한 점이 남아있다.

저자 팀은 사과로부터 프로시아니진류를 분리하는 독자적인 크로마토그레피법을 개발하여 고순도의 프로시아니진류를 중합도별로 분리하는 것에 성공했다. 이 중합도별로 분획한 사과유래 프로시아니진을 래트에 단회 투여한 결과, 4양체까지는 혈중에서 검출되었으나, 5양체 이상의 고(高)중합도의 프로시아니진류는 검출되지 낳고, 장관에서는 흡수되지 않는다는 사실이 밝혀졌다.

여기에서 중합도에 따른 생체이용성의 차이에 착안하여, 장관에서 흡수되는 1~4양체까지의 저분자 프로시아니진(OP)과 장관에서 흡수되지 않는 5양체 이상의 고분자 프로시아니진(PP)를 각각 고지방∙고혈당식을 섭취하게 한 식사성 비만 모델 쥐에게 섭취시켜, 체중증가 및 장내세균군에 미치는 영향을 검토했다. 20주간 섭취하게 한 결과, 체중, 간장중량, 지방중량에 관해서는 고지방 고혈당만을 섭취한 실험 쥐에 비해, 둘 다 동일하게 체중증가 억제 효과가 인정되었다.

한편에서는 장내세균군에서는 OP와 PP로 상당히 흥미 있는 차이가 나타났다. 맹장 내용물에 따른 장내세균군을 문 레벨로 해석한 결과, 고지방 고혈당식 섭취군과 비교할때 PP섭취군에서는 F/B수치가 감소했으며, 박테로이데스 문의 비율이 증가한 것이 나타났다. 또한, PP섭취군에서 특징적으로 아커만시아(Akkermansia)균의 증가를 보인 것은 주목해야 할 결과이다.

아커만시아균은 장관의 차단기능관련 인자의 유전자 발현 증가 및 무신(Mucin)의 산생에 기여한다는 것이 보고되고 있다. 비만상태에 의해 증가한 LPS(Lipopolysaccharide)는 차단기능의 저하에 의해 장관 상피로부터 혈중에 유입된다. 따라서 간장이나 지방세포 등에 염증을 유발시켜, 그 이상 진행되면 인슐린 저항성을 야기시킨다. PP섭취군에서는 혈중 LPS농도 및 간장조직의 LPS 리셉터(수용체)의 유전자 발현량의 유익한 저하도 인정되었다. 또한 관장조직에 있어서의 Occulidin 및 ZO-1 등의 차단기능관련 인자의 유전자 발현의 증가가 인정되었다. 이에 따라, PP섭취에 의해 아커만시아균이 증가함으로써, 차단기능이 향상하여 LPS의 유입을 억제하여 비만에 의한 염증 및 인슐린 저항성을 억제한다는 사실을 알게 되었다.

포도종자 및 크랜베리에 포함되어있는 폴리페놀류에 대해서도 F/B수치를 개선하여 장내세균군의 변동을 통해 체중증가 억제 및 혈당수치 상승을 억제한다는 것이 보고되고 있다. 또한, 모두 Akkermansia균이 증가하고 있다고 보고되고 있다. 이 보고에서는 작용 메커니즘에 관여하는 폴리페놀의 특정치에는 도달하지 않으나, 포도종자 및 크랜베리 모두 사과와 동일하게 프로시아니진류를 함유하고 있다는 점이 상당히 흥미로운 공통점이다.

4. 맺는 글
지금까지 식품성분의 생체조절기능은 관내에서 흡수되는 생체이용성이 높은 것이 중요하다고 인식되어 왔다. 그러나, 고분자 프로시아니진이 장내세균군의 낮은 성분이 장관을 통해 생체조절기능에 있어서 중요한 역할을 담당하고 있을 가능성이 보이려고 한다. 프로시아니진류에 한정되지 않고 생체이용성이 낮은 고분자 폴리페놀류는 과실, 와인, 차 종류 등의 다양한 식품에 포함되어 있으며, 이들의 식품의 생체조절기능에도 장내세균이 관여하고 있을 가능성도 예상된다. 향후, 관여하는 장내세균군의 특정 및 장관 활동의 해명 등을 추진함으로써 고분자의 폴리페놀의 생체조절기능의 더욱 명확한 해명이 기대된다.

  -- 끝 --