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위 우회술이 체중을 감소 시키는 이유는 음식물의 섭취 감소 때문일까?

Roux-en-Y gastric bypass (RYGB)

 

위 우회술의 실시가 체중감소와 당뇨병 치료에 도움이 된다는 사실 몇몇 임상을 통해 확인되었다. 이는 위의 크기 줄임으로써 음식물의 섭취와 흡수를 감소시켜 체중을 감소시키는 것으로 생각되고 있다. 그러나 최근 이러한 위우회술의 효과가 장내 미생물의 변화와도 연관이 있음을 밝힌 논문이 발표 되었다.

 

미 메사추세츠 병원의 리 캐플런 박사팀은 장내미생물과 위우회술과의 관계를 밝히기 위해 비만쥐에게 위 우회술을 실시하였다. 예상대로 위 우회술을 실시한 비만쥐의 체중이 평군 29% 감소하였다. 다음으로 우회술을 받고 체중이 감소된 쥐의 장내 세균을 장내 세균이 존재하지 않는 무균상태의 쥐에게 이식한 결과 우회술을 실실한 쥐의 세균총을 이식받은 무균쥐의 체중이 5% 감소하였다.

 

수술 후 체중의 변화:

RYGB: 우회술 실시군 (Roux-en-Y gastric bypass)

SHAM: Sham 수술 실시군

WMS: 칼로리 제한 Sham 수술 실시군(Weight-matched sham-operated)

 

 

세균총 이식 후 무균쥐의 체중 변화

SHAM-R: SHAM군의 세균총을 이식받은 무균 쥐

RYGB-R: 우회술실시 군의 세균총을 이식받은 무균 쥐

 

 

 

수술 후 장내 세균총의 변화

위우회술을 받은 쥐들의 위장관에서 Gammaproteobacteria (Escherichia)와 Verrucomicrobia (Akkermansia)라는 세균총이 급격히 그리고 지속적으로 증가하였다. 이러한 변화는 위장관 전체에 걸쳐 나타났지만 특히 수술 받은 이하부위의 위장관에서 두드러지게 나타났다.

 

에너지 균형과 대사변화의 수반

위 우회술 이후의 체중감소는 위장의 감소에 따른 칼로리의 흡수억제로 인한 것으로 생각되었으나 최근 체중이 감소하기 전의 glucose homeostasis의 향상이라든가 위장관호르몬의 증가 그리고 에너지 소비량의 증가와 같은 생리적 변화가 있음이 확인되었다.

이러한 변화는 수술이 위장관 환경의 변화를 유발하고 이러한 환경의 변화가 장상피세포와 상호반응하여 에너지균형에 관여하는 신호체계에 영향을 미치는 것으로 추정하고 있다. 

무엇이 이러한 위장관 환경의 변화 요인인지는 명확하지 않지만 영양성분, 담즙산의 분비,그리고 장내세균총과 같은 몇 가지 요인들이 밝혀졌다.     

 

 

단쇄지방산의 변화

단쇄지방산(Short chain fatty acids:SCFAs)은 장내 미생물에 의한 발효의 산물로서 숙주의 생리조절에 있어 다음과 같은 몇 가지 경로로 중요한 역할을 한다.

-       대장세포의 에너지원으로 사용

-       지방세에서 지방 저장의 기질로 사용

-       면역세포에서 면역조절

-       G protein (heterotrimeric guanine nucleotide-binding protein)-coupled receptor (GPR41 and GPR43)를 통하여 지질과 glucose 대사 그리고 식욕을 조절.

SHAM과 그세균총을 이식 받은 쥐에서는 지방도가 높게 나타났으며 변 중 propionate의 함량이 낮은 반면 위우회술과 그세균종을 이식받은 쥐는 propionate의 함량이 높게 나타났다.

Actetate는 지방산 합성의 원료로 사용되며 propionate는 간에서 Actetate가 지방산으로 합성되는 것을 억제하는 것이 확인된 바 있다.

또한 propionate는 GPR41과 GPR43을 통하여 gastrointestinal hormones을 분비함으로써 식욕을 감소시키는 효과도 확인된 바 있다.

GPR41이 제거된 수컷 쥐에서 에너지 소비량이 감소하는 것으로 보아 GPR41의 활성은 에너지소비량을 증가시키는 것으로 생각된다.

Propionate은 GPR41에 높은 affinity를 가지므로 에너지 소비량 증가가 Propionate의 증가와 연관되어 있을 것으로 생각할 수 있다.

 

지방도와 Leptin 농도

 

SCFAs농도

 

 

장내 세균총과 관련된 최근 연구

Cedars-Sinai Medical Center의 피멘탈 박사팀은 호기에 포함된 메탄과 수소의 농도가 비만과 체지방도와 연관이 있음을 2013년 3월 J Clin Endocrinol Metab에 발표하였다.

이 연구는 792명의 연구를 대상으로 전향적 연구로 진행되었다.

피험자를 다음과 같이 네 그룹으로 분류 BMI와 체지방도를 측정하였다.

정상그룹(N) (methane <3 ppm, hydrogen <20 ppm at or before 90 minutes)

수소가스양성그룹(H+) [methane <3 ppm and hydrogen ≥20 ppm)

메탄가스양성그룹(M+) (methane ≥3 ppm and hydrogen <20 ppm)

수소와 메탄가스 양성그룹(M+/H+) (methane ≥3 ppm and hydrogen ≥20 ppm)

그 결과 수소와 메탄가스 양성그룹(M+/H+)에서 BMI와 체지방도가 다른 그룹에 비해 유의하게 높았다.

	N	H+	M+	M+/H+	P value
체질량지수	24.1 ± 5.2 kg/m2	24.2 ± 4.5 kg/m2	24.0 ± 3.75 kg/m2	26.5 ± 7.1 kg/m2	P < .02
체지방도	28.3 ± 10.0%	27.5 ± 9.0%	28.0 ± 8.9%	34.1 ± 10.9%	P < .001

 

이러한 결과는 수소가스를 필요로 하여 메탄가스를 생성하는 메타노브레비박터 스미티(M. smithii)가 숙주의 영양흡수율에 영향을 미쳐 체중증가와 지방축적을 유도하는 것을 추정할 수 있게 해준다.

 

최근의 논문들을 보면 섭취하는 음식물과 장내 세균총이 숙주의 생리조절에 생각 이상으로 중요한 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 이상의 결과들은 항생제 요법과 특정 미생물의 투여로 비만이나 당뇨병을 치료할 수 있다는 가능성을 제시해 준다. 그러나 세균이 제대로 장에 도달할 수 있는지 그리고 자리를 잡을 수 있는지, 숙주의 상태에 따른 장관내 환경, 또한 생각해야 할 문제일 것이다.

 

1.Alice P. Liou1, Melissa Paziuk1, Jesus-Mario Luevano Jr.2, et al. Conserved Shifts in the Gut Microbiota Due to Gastric Bypass Reduce Host Weight and Adiposity. Sci Transl Med 27 March 2013

2.Mathur R, Amichai M, Chua KS et al. Methane and Hydrogen Positivity on Breath Test Is Associated With Greater Body Mass Index and Body Fat. J Clin Endocrinol Metab. 2013 Mar 26