Hallmark #12. 장내미생물 불균형 (Dysbiosis)

우리 안에 함께 살아가는 미생물의 생태계가 나이가 들면서 어떻게 달라지고, 그 변화가 면역과 대사, 염증을 통해 몸 전체의 노화와 어떻게 연결되는지 살펴본다.

장은 또 하나의 생태계다

우리 몸에는 수많은 미생물이 함께 살아간다. 피부와 구강, 호흡기에도 미생물이 존재하지만 가장 크고 복잡한 생태계가 자리 잡은 곳은 장이다. 세균뿐 아니라 바이러스와 곰팡이 등 다양한 미생물이 서로 관계를 맺으며 살아가고, 이들과 그 유전정보 전체를 아우르는 생태계를 흔히 장내미생물군(gut microbiota) 또는 장내미생물 생태계(gut microbiome)라고 부른다.

장은 음식물을 소화하고 영양소를 흡수하는 기관인 동시에 우리 몸에서 가장 넓은 면역 접점 가운데 하나다. 장의 안쪽에서는 음식과 미생물, 미생물이 만들어낸 수많은 물질이 끊임없이 장 점막과 만난다. 장내미생물은 이 과정에서 영양소의 이용과 면역 조절, 장 장벽의 유지에 관여하며 우리 몸과 긴밀한 공생 관계를 이루고 있다.

따라서 장내미생물은 몸속에 우연히 머물고 있는 손님이라기보다, 오랜 시간 인간과 함께 살아오며 하나의 생태계를 이루어 온 존재에 가깝다.

건강한 장은 다양한 관계 속에서 유지된다

건강한 장내 생태계에서는 다양한 미생물이 서로 영향을 주고받으며 균형을 이룬다. 이 가운데 일부는 사람이 직접 소화하기 어려운 식이섬유를 분해하고, 그 과정에서 짧은사슬지방산(short-chain fatty acids, SCFAs)을 만들어낸다. 대표적인 것이 아세트산(acetate), 프로피온산(propionate), 부티르산(butyrate)이다.

특히 부티르산은 대장 상피세포의 중요한 에너지원으로 사용되며 장 장벽을 유지하고 면역반응을 조절하는 데 관여한다. 장내미생물은 이 밖에도 담즙산과 아미노산의 대사, 비타민 합성 등 여러 생리적 과정에 참여한다. 우리가 먹은 음식은 우리 몸에 영양을 공급하는 동시에 장내미생물의 먹이가 되고, 미생물이 만들어낸 대사산물은 다시 우리 몸의 생리에 영향을 미친다.

건강한 장내 생태계에서 중요한 것은 특정한 하나의 ‘좋은 균’이 아니라 다양한 미생물과 그들이 수행하는 기능의 균형이다.

나이가 들면서 장내 생태계도 달라진다

장내미생물의 구성은 평생 고정되어 있지 않다. 식사와 생활환경, 약물, 질병, 신체활동 등 여러 요인의 영향을 받으며 끊임없이 달라진다. 나이가 들면서 이러한 변화가 더욱 뚜렷해지고, 사람마다 서로 다른 모습으로 나타난다.

노화와 함께 일부 유익한 대사 기능을 가진 미생물이 감소하거나 장내 생태계의 안정성이 떨어지고, 염증과 관련된 미생물의 비중이 높아지는 장내미생물 불균형(Dysbiosis)이 나타날 수 있다. 특히 허약이나 만성질환이 있는 고령자에서는 이러한 변화가 더 뚜렷하게 관찰된다. 반면 건강하게 나이 든 사람이나 장수하는 사람들의 장내미생물에서는 비교적 풍부한 기능적 다양성과 개인마다 독특한 구성이 관찰되기도 한다.

따라서 노화에 따른 장내미생물의 변화는 ‘좋은 균이 줄고 나쁜 균이 늘어나는 과정’으로만 설명하기 어렵다. 중요한 것은 생태계의 구성과 기능, 그리고 숙주인 인간과의 관계가 함께 달라진다는 점이다.

장 장벽과 면역계의 관계도 달라진다

장내미생물과 우리 몸 사이에는 장 상피세포와 점액층, 면역세포가 만든 정교한 경계가 존재한다. 이 장 장벽(intestinal barrier)은 영양분은 받아들이면서 장 속의 미생물이나 염증을 일으킬 수 있는 물질이 몸 안으로 무분별하게 들어오는 것을 막는다.

나이가 들면서 장내미생물의 구성과 기능이 달라지고 장 장벽의 완전성이 약해지면, 미생물에서 유래한 성분이 장벽을 넘어 면역계를 자극할 가능성이 커진다. 동시에 노화한 면역계는 미생물과의 관계를 이전처럼 정교하게 조절하기 어려워진다. 장내 생태계의 변화와 장 장벽의 약화, 면역 기능의 변화가 서로 영향을 주고받는 것이다.

이러한 변화가 지속되면 장에서 시작된 신호가 낮은 수준의 전신 염증과 연결될 수 있다. 바로 앞에서 살펴본 염증노화(inflammaging)와 장내미생물 불균형이 만나는 지점이다.

미생물이 만드는 물질이 몸 전체에 신호를 보낸다

장내미생물이 우리 몸에 영향을 미치는 중요한 방법 가운데 하나는 미생물 대사산물(microbial metabolites)이다. 미생물이 음식물과 담즙산, 아미노산 등을 대사하면서 만들어낸 물질 가운데 일부는 장에서 작용하고, 일부는 혈액을 통해 다른 장기로 이동한다.

짧은사슬지방산은 장 장벽과 면역 조절에 관여하고, 장내미생물은 담즙산의 구성을 변화시켜 대사와 면역 신호에도 영향을 미친다. 반대로 특정한 조건에서 만들어지는 일부 미생물 유래 물질은 염증과 대사 이상에 관여할 수 있다. 결국 장내미생물의 변화는 ‘어떤 미생물이 존재하는가’에 그치지 않고 그 미생물들이 무엇을 만들어내고, 그 물질이 우리 몸에 어떤 신호를 전달하는가의 문제로 이어진다.

이 때문에 장내미생물은 장 안에 머무르는 생태계이면서 동시에 간과 지방조직, 근육, 면역계, 뇌를 비롯한 여러 기관과 연결되는 대사적 통로이기도 하다.

장내미생물은 다른 Hallmarks와 연결된다

2023년 개정된 Hallmarks of Aging에서 장내미생물 불균형(Dysbiosis)이 새로운 Hallmark로 포함된 이유도 여기에 있다. 장내미생물의 변화는 하나의 독립된 현상으로 머물지 않고 노화의 여러 과정과 서로 얽혀 있기 때문이다.

장 장벽의 변화와 미생물 유래 신호는 만성 염증(Chronic Inflammation)과 연결되고, 미생물 대사산물의 변화는 영양 감지 기능 이상(Deregulated Nutrient Sensing)과 대사 항상성에 영향을 줄 수 있다. 면역계와 조직에 전달되는 신호의 변화는 세포 간 의사소통 이상(Altered Intercellular Communication)과도 이어진다. 노화한 장내 생태계와 노화한 숙주는 서로 영향을 주고받으며 하나의 연결망을 만들어간다.

그래서 장내미생물 불균형은 이번 Hallmarks 이야기의 마지막에 자리하면서 앞에서 살펴본 여러 노화의 특징을 다시 이어준다. 세포 안에서 시작했던 노화의 이야기가 조직과 면역계로 넓어지고, 마침내 우리와 함께 살아가는 미생물 생태계까지 확장되는 것이다.

건강한 노화와 미생물의 다양성

그렇다면 장내미생물을 바꾸면 노화를 늦출 수 있을까. 이 질문에 대해서는 아직 신중할 필요가 있다. 특정한 균이나 프로바이오틱스를 보충하는 것만으로 인간의 노화를 늦추거나 건강수명을 연장할 수 있다는 근거는 아직 충분하지 않다. 사람마다 장내미생물의 구성이 크게 다르기 때문에 모든 사람에게 적용되는 하나의 이상적인 미생물 조합을 정하기도 어렵다.

그러나 식이섬유가 풍부하고 다양한 식품을 섭취하는 식사, 규칙적인 신체활동, 적절한 수면과 같은 생활환경이 장내미생물 생태계와 밀접하게 연결되어 있다는 사실은 잘 알려져 있다. 불필요한 항생제 사용을 줄이는 것 역시 장내 생태계를 보호하는 데 중요하다. 결국 우리가 직접 조절할 수 있는 것은 특정 미생물 하나가 아니라 그들이 살아가는 환경에 더 가깝다.

건강한 노화에서 중요한 것은 완벽한 미생물 구성을 만드는 것이 아니라, 다양한 미생물과 그 기능이 조화를 이루며 공존할 수 있는 환경을 오래 유지하는 것일지도 모른다.

그리고 이 지점에서 12개의 Hallmarks는 다시 하나로 이어진다. 노화는 어느 하나의 세포나 기관에서 홀로 진행되는 변화가 아니라, 유전체와 단백질, 에너지와 재생, 세포와 면역계, 그리고 우리와 함께 살아가는 미생물까지 서로 영향을 주고받으며 변화해 가는 과정이다.

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• 전체 흐름: Hallmarks of Aging: 인간은 왜 늙는가? (노화의 12가지 특징)
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참고문헌

1. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. The hallmarks of aging. Cell. 2013;153(6):1194-1217. doi:10.1016/j.cell.2013.05.039.
2. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. 2023;186(2):243-278. doi:10.1016/j.cell.2022.11.001.