인류는 오랜 시간 동안 장내 세균총을 포함한 우리 주변의 미생물과 함께 진화해왔다. 이들 미생물들은 인간의 대사물질에 의존하여 생존해왔다면, 인간은 필수 비타민 생산, 탄수화물 분해, 면역체계 구축, 지방산을 통해 signaling molecule 생산 등의 역할을 미생물에게 의존한다. 특히 인체 주변에는 약 1X1015개의 세균이 존재하고 이들이 보유하고 있는 유전자의 양은 인간 유전자의 2배에 이른다고 한다. 미생물총은 인간의 생리학적 변화에 기여할 뿐 아니라, 인간의 유전적 변화, 식이 변화, 생활 습관 변화 또한 미생물총에 영향을 준다고 알려져 있다.
과거 암과 미생물과의 관계의 연구는 배양을 통한 연구가 주를 이루어 이를 통해 helicobacter pyroli, hepatitis C virus, Human papilloma virus 등이 epithelial cell injury 등을 유발하여 암의 발생에 중요한 위험인자임이 잘 알려져 있다. 하지만 기존의 배양방법은 전체 세균총의 일부만을 반영하고 있으나 유전체분석기술의 발전 및 16S rRNA 분석을 통한 메타게노믹스를 이용하여 인간의 몸에 존재하는 세균들에 대한 정보가 확인 가능해졌다. 이러한 기술의 발달로 우리 몸에 존재하는 세균과 다양한 질환과의 관계가 많이 밝혀지기 시작하였다. 이중에서 특히 장내세균은 대장염이나 대장암 등 국소적인 문제뿐 아니라 당뇨, 심혈관질환 등의 전신 대사성 질환, 천식, 아토피피부염과 같은 국소 염증성 질환과의 연관성이 점차 밝혀지고 있다.
과거 소화기내과에서 주로 진행되던 microbiota 연구가 최근 순환기내과 영역으로 발을 넓히면서, 심혈관계 질환의 발병에 미생물총의 역할이 밝혀지고 있다. 초기에 수행되었던 연구들은 장내 미생물총의 대사물질인 TMAO (trimethylamine-N-oxide)과의 관련성을 주로 살펴보았다.
Phosphatidylcholine과 L-carnitine은 필수 영양소 중 하나인데, 우리가 이 성분을 음식을 통해 섭취하게 되면 trimethylamine을 통해 TMAO로 대사되어 혈액을 통해 순환하게 된다. 혈액 내에서 측정한 TMAO 수치는 동맥경화 발생과 높은 상관 관계를 보여주었는데, mouse model을 통해 TMAO의 수치를 낮추는 analogue인 3,3-dimethyl-1-butanol을 투여하는 경우 동맥경화가 반대로 억제되는 것도 확인되었다.
대사물질을 넘어 미생물총 자체가 동맥경화에 관여한다는 사실도 보고되고 있다. 여러 연구에서인간의 동맥경화반을 직접 분석한 결과 bacterial DNA가 보고되고 있다. 흔히 보고되는 미생물 중에서 Chlamydia pneumonia이다. 그 외에도 다양한 sequencing 기법과 bioinformatics가 동원되면서 Helicobacteracease와 Neisseriaceae의 관련성도 보고되고 있다. Kelly 등은 장내미생물총의 분포를 분석하여 종의 다양성이 높은 경우 심혈관계 질환의 위험이 낮고, Prevotella 2, Prevotella 7, Tyzzerella, Tyzzerella 4와 같은 특정 genera가 많은 경우 위험이 높다고 보고하기도 했다. 동맥경화를 예방하기 위한 방법으로 미생물학적인 접근도 이루어지고 있다. 잘 알려져 있다시피식이섬유는 동맥경화를 예방하는데, 이전에는 주로 혈청 LDL cholesterol을 낮추는 기전이 알려져 있었다. Prebiotics는 장내세균총의 구성과 기능을 개선하는 방향으로 작용하는 식물성 섬유질들이다. 한편 probiotics는 살아있는 세균을 섭취하여 세균총의 조성을 변화시키는 방법이다. 예를 들어 Lactobacillus plantarum을 섭취하면 장내세균총의 다양성이 확보되고, 동맥경화와 관련된 inflammatory marker들이 감소된다는 것이 보고되어 있다.
인간을 둘러싸고 있는 미생물은 과거 감염 질환의 원인으로만 이해되었는데, 최근 분석 방법이 발전하면서 인간의 다양한 건강-질병 생리변화에 관여한다는 것이 알려지고 있다. 심혈관계 질환에서는 특히 동맥경화의 주요원인 중 하나로 대두되고 있다. 이러한 병태생리를 이해하는 것은 심혈관계 질환을 예방과 치료의 새로운 전기를 마련할 가능성이 있다.

그림. 동맥경화의 원인인자로서의 세균총 (Eur Heart J 2014)

참고문헌

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