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제목 [윤복근 칼럼] 프로바이오틱스 섭취가 면역체계에 미치는 유익한 효과(Ⅲ)
작성자 (주)뉴라이프헬스케어 (ip:)
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  • 작성일 2021-03-25
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수지상세포(DC)는 발달 중에 획득되는 특징적인 돌기(수지상)가 있는 면역세포로, B세포와 T세포에 대한 항원 제시에 특화되어 있다. CD4 + T세포는 사이토카인에 반응하여 TH1, TH2, TH17 및 조절 T세포와 같은 다른 하위 집합에 대해 분화한다. 프로바이오틱스 박테리아는 다양한 사이토카인의 유도를 통해 점막 면역반응을 조절하는데 이 효과는 프로바이오틱스 균주 자체에 따라 다르다.


shutterstock제공


▲ shutterstock제공



프로바이오틱스를 경구 투여 후, 소장 고유판의 T세포에 의해 생성된 사이토카인은 공생하는 박테리아의 존재에서 관찰된 것보다 약간 더 높은 수준으로 분비되었다. 특히 IFN-γ와 TNF-α 사이토카인 생산을 통해 프로바이오틱스는 적응 면역반응의 자극을 촉발하고 다양한 면역세포 사이에 신호 네트워크를 구축한다.

 

그러나 일부 프로바이오틱스는 세포 신호전달을 조절하여 사이토카인 생산을 변화시킬 수 있다. 이들은 억제제 I-κB의 분해를 차단하고 세포내에서 단백질을 분해하는 효소인 프로테아좀(proteasome) 기능을 방해하거나 PPAR-γ 의존 경로를 통해 NF-κB 소단위 RelA의 핵 수출을 촉진할 수 있다. Th2 림프구 및 대식세포에 의해 생성된 IL-10은 장 항상성을 유지하기 위해 L. 카제이 CRL 431에 의해 유도되는 주요 면역 조절제 사이토카인로 보고되었다.

 

최근 몇 년 동안 삼투압 조건에서 생존율이 증가하고 위산과 답즙산의 조건에서 생존율이 증가한다는 프로바이오틱스 발효유(PFM, Proline Feeding Method)에 대한 관심이 증가하고 있다. 발효는 비타민, 단백질, 필수 아미노산 및 필수 지방산과 같은 식품 기질을 풍부하게 하여 음식의 소화율과 영양상의 품질을 향상시킬 수 있다.

 

이러한 의미에서 Maldonado Galdeano 외 연구진들은 프로바이오틱스 유산균을 포함하는 발효유를 사용하여 장에서 멀리 떨어진 면역세포에서 프로바이오틱스에 의해 방출되는 사이토카인의 역할을 분석했다. PFM의 투여는 복막 및 비장 대식세포의 식세포 및 살균 활성을 증가시켰다. 흥미롭게도, 프로바이오틱스는 또한 특정 항체 생산의 증가와 함께 전신 면역반응을 자극한다. 이 항체는 장티푸스균에 감염된 후 간과 비장으로의 병원성 세균의 확산을 줄이는데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났는데, 이 효과는 영양 결핍 모델에서 더 현저한 것으로 나타났다.

 

영양실조는 영양소 섭취량과 에너지 요구량 사이의 불균형으로 인해 전신에 야기되는 변화이다. 그것은 면역반응에 영향을 주어 방어기전을 크게 감소시키고 숙주를 감염에 더 취약하게 만든다. 따라서 영양실조는 숙주의 건강에 미치는 프로바이오틱스의 영향을 연구하는 좋은 모델이 된다.

 

영양결핍 생쥐 모델에서 영양 보충 식단으로 PFM을 투여한 결과 장 점막 구조가 재구성되고 국소 및 전신면역이 촉진되었다. 영양실조가 면역체계의 심각한 손상을 유발하고, 흉선이 가장 영향을 받는 기관 중 하나라는 사실을 고려하면, 프로바이오틱스 소비에 의한 흉선조직 복원이 적절해진다. 또한 이 기관의 세포 사멸의 감소와 CD4 + 및 CD8 + 단일 양성 흉선세포의 회복을 관찰한 결과 PFM을 투여한 생쥐의 흉선에 다른 사이토카인이 증가한 것으로 보고되었다.

 

최소 유효 농도에 대한 정보는 여전히 논란의 여지가 있지만 프로바이오틱스 제품은 최소 농도가 106 CFU/mL 또는 그램이어야 하며, 총 108-109개의 프로바이오틱스 미생물을 매일 섭취해야 한다는 것이 일반적으로 인정된다. 중요한 사실은 장기간의 PFM 섭취가 이차적인 효과없이 장내 항상성을 유지하기 위하여 면역조절 효과를 발휘하는 것으로 입증됐다는 점이다. 장 면역 균형은 IL-10과 같은 사이토카인에 의해 보존되고 하향 조절되어 장 염증성 면역반응을 피했다.

 

알레르기 과정에서 프로바이오틱스의 유익한 효과는 잘 설명되어 있다. IgE 증가는 이 과정을 특징짓는 가장 관련성이 높은 신호 중 하나이다. 프로바이오틱스는 이 면역 글로불린을 감소시키고 증상을 완화시키는데 효과적인 것으로 나타났다.

 

그러나 알레르기 완화를 위해 매개되는 메커니즘은 설명되지 않았다. 호흡기 알레르기 실험 모델에서 Velez 등은 프로바이오틱스는 IgE 면역 글로불린 대신 IgG 생산에 유리하고, IL-10 및 IFN-γ 사이토카인의 수준을 증가시키는 명확한 Th1 균형을 유도한다는 것을 입증했다. 또한 공동 국소화 연구를 통해, T1 세포가 IFN-γ 방출을 담당하는 것으로 나타났다.

 

또한 생체 내 연구에 따르면 프로바이오틱스 투여는 지방조직, 혈청/혈장 총 콜레스테롤, LDL 콜레스테롤 및 트리글리세리드 감소, HDL 콜레스테롤 증가를 포함하여 지질 대사 지표를 개선하는 데 효과적이다. 임상 실험에서 프로바이오틱스가 당뇨병 환자의 혈당과 인슐린 수치를 감소시키는 것으로 확인되었다. 나아가 당화혈색소(Hb1Ac)와 인슐린 저항성(IR, insulin resistance)을 향상시킬 수 있다. 이러한 비만 관련 효과에 대한 메커니즘에는 면역분화 및 인슐린 민감성 조절, 병원성 세균의 장내 유착 및 지방조직 전이의 유착 억제, 장벽 기능 개선이 포함된다.

 

프로바이오틱스가 항암제로서 의심할 여지없는 효과를 내는 것은 여러 가지 메커니즘이 복합적으로 작용했기 때문인 것 같다. 프로바이오틱스는 장내 세균총의 구성과 대사산물을 변화시키고, 유해균의 수를 줄이며, 항 유전 독성 및 항 유전자 돌연변이 기능을 발휘하며 대장 내 효소를 억제한다. 또한 대장 세포와의 상호작용을 통해 프로바이오틱스는 면역 체계를 조절한다.

 

프로바이오틱스는 점막 및 위장관(GT, gastrointestinal tract)의 장벽 안정성을 보호하고, 병원성 박테리아와 경쟁하며 항 염증반응을 줄여주고, 잠재적인 발암물질을 분해하며, 위 점막에서 세포증식 및 성장에 필요한 폴리아민 대사(polyamine metabolism)에 영향을 미침으로써 종양의 변형을 예방할 수 있다.

 

프로바이오틱스는 장 상피세포(IEC)와 상호작용하는데, 위장관에서 해당 세포의 특정 위치로 인해 프로바이오틱스는 활성 센서로 작동하여 숙주와 외부환경 간의 대화를 설정한다. 프로바이오틱스 박테리아 조각은 장 상피세포에 내재화되어 장과 관련된 면역세포의 후속 활성화를 생성할 수 있다.

 

이 결과는 프로바이오틱스 박테리아의 세포벽이 TLR에 의해 매개되는 활성화인 면역계를 활성화시킨다는 것을 추론한다. 이 가설을 확인하기 위해 박테리아 구조에 대한 새로운 연구가 수행되었다. 장벽의 상피세포에서 중추적인 역할을 하는 다른 중요한 세포가 파네스 세포인데, 프로바이오틱스는 이 세포에 중요한 영향을 미치며, 장벽의 상피세포를 강화할 목적으로 장 내에서 그 수를 증가시킨다.

 

장 내강에서 프로바이오틱스 박테리아의 영속 시간인 72 시간 동안 장 면역세포의 변화를 유도하고, 고유판의 대식세포와 수지상세포의 수를 증가시키며, 사이토카인 생산에 반영된 기능을 향상시키기에 충분하다. 중요한 것은 면역세포의 활성화가 장의 항상성을 변경하지 않는다는 것이다.

 

아마도 허용 가능한 환경을 유지하는 조절세포 활성화에 의한 것일 것이다. 이러한 사실은 부작용 없이 장기간 프로바이오틱스 섭취의 안전성을 보장한다. 프로바이오틱스에 대한 반응으로 면역세포에 의해 생성된 사이토카인 미세환경은 장 IgA + 세포의 증가를 촉진한다. 또한 사이토카인을 국소적으로 유도하고, 비장과 복막의 장과 유사한 대식세포, 기관지 및 유선과 같은 다른 점막 부위에서 멀리 떨어진 면역세포의 활동에도 영향을 미친다.

 

영양실조 과정에서 프로바이오틱스 투여는 흉선조직을 회복하고 면역반응의 적응성을 촉진한다. 프로바이오틱스는 알레르기 과정의 제어에 필수적인 Th1 프로파일에 대한 명확한 균형을 유도한다. 프로바이오틱스 박테리아, 세포벽 또는 PFM은 장에서 신호를 유도하여 면역체계의 활동과 숙주의 건강을 개선한다. 장 상피세포는 프로바이오틱스의 주요 표적이 되며 장과 관련된 선천적 면역세포와 함께 점막 및 전신 면역을 조절한다. 따라서 프로바이오틱스 박테리아는 장뿐만 아니라 멀리 떨어진 부위 모두에서 장의 항상성 유지와 점막 면역체계의 자극을 위한 효과적인 도구라고 할 수 있다.


윤 복 근(광운대학교 바이오의료경영학과 교수)
▲ 윤 복 근(광운대학교 바이오의료경영학과 교수)




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