고대 이성준 교수팀, 소화기관에 존재하는 후각수용체 작용 규명
고려대학교(총장 정진택) 식품공학과 이성준 교수 연구팀이 ‘이소발현 후각 수용체 활성조절을 통한 식품 향기성분의 GLP-1 분비 및 장 염증 조절 기전’을 내용으로 한 연구 결과를 국제학술지 『Gut Microbes』(IF: 10.245)에 11월 1일 발표했다.
- 논문명 : Activation of ectopic olfactory receptor 544 induces GLP-1 secretion and regulates gut inflammation;https://doi.org/10.1080/19490976.2021.1987782)
식품에는 각종 영양소 뿐 아니라 여러 가지 향기 성분도 존재한다. 이러한 향기 성분은 식품의 풍미를 증진시키고 식욕을 조절하는 역할을 하는데, 체내에 흡수되면 다양한 생물학적 효능을 발휘하는 기능성 물질로 작용하기도 한다.
식품 향기 성분은 코의 후각 상피세포에 존재하는 후각 수용체 (olfactory receptor)를 통한 신호 전달 과정을 통해 냄새 정보를 대뇌에 전달하는데, 최근 연구 결과에 따르면 후각 수용체가 신장/간/근육/지방/면역세포 등 다양한 조직에서 광범위하게 이소 발현(異所發現, ectopic expression) 된다는 사실이 밝혀져 왔다.
이성준 교수팀에서는 이러한 점에 착안하여 소화기관인 장 조직에 후각 수용체가 발현된다면 식품 향기 성분의 표적 단백질로 작용하여 식품 향기 성분의 건강 효능을 매개할 수 있다는 가설을 세우고 연구를 수행해왔다.
논문에서 이성준 교수팀은 마우스 소장 및 대장에서 높게 발현되는 이소발현 후각수용체 Olfr544를 규명했고 밀, 보리, 오트밀, 수수 등 여러 가지 곡류에서 생성되는 아젤라산 (Azelaic acid)이 후각수용체 Olfr544에 리간드로 작용하여 cAMP-PKA-CREB 신호전달을 활성화 시키는 것을 밝혀냈다.
즉, 소장 내분비 세포와 마우스에 아젤라산을 처리했을 때 cAMP-PKA-CREB 신호전달 활성을 유도하여 소장에서 항비만 효과를 가지는 장내 호르몬인 GLP-1의 분비가 증가하는데 반해 Olfr544 유전자가 억제된 세포 및 Olfr544 결핍 마우스에서는 이러한 효과가 나타나지 않아 아젤라산이 Olfr544에 작용하여 GLP-1의 분비 효과를 보여주게 된다. 대장에서는 장내 미생물총 분석에 의해 아젤라산에 의해 Bacteroides acidifaciens 균주 증가, 분변 대사체 분석에 의해 아젤라산에 의해 항비만 및 항산화 작용과 연관된 대사체의 수준 증가, 염증성 사이토카인 발현 억제를 통한 장내 투과성이 개선되며 결과적으로 비만과 연관된 장 염증을 예방할 수 있다.
이 연구는 인간유전체의 3%에 달하는 후각수용체가 장조직에서도 발현되어 생물학적 기능을 수행한다는 것을 밝혀낸 과학적 의미가 크며, 논문 게재와 함께 Olfr544를 활성화 시키는 아젤라산의 장내 GLP-1 분비 촉진 및 대장 내 염증질환 개선 효능 관련 결과에 대해 특허를 출원했으며, 산업적으로도 장내 분비 호르몬 증가 및 대장 내 염증질환 개선 용도의 식품 소재, 의약 조성물 및 건강기능성 식품 개발에 활용될 수 있다.
이번 연구 성과는 식품분야 연구실에서 JCR 미생물학 분야 상위 7% 학술지에 연구 내용을 게재하는 성과를 달성한 것으로 더욱 큰 의미가 있다. 교신저자인 이성준 교수는 2004년부터 고려대 식품공학과 교수로 재직하면서 140여 편의 SCI 논문을 발표했고 기초 연구와 산업화 응용 연구를 수행하면서 50여명의 졸업생을 배출해 오고 있다.
이 연구는 한국연구재단의 기초연구사업(중견연구, 창의도전연구) 지원으로 수행됐다.
용어 설명
1. 후각수용체 (Olfactory receptor)
- 일반적으로 후각수용체는 G-protein coupled receptors (GPCR)중 가장 큰 단백질군으로서 후각 상피세포에서 다량 발현되며, 방향성 향기성분과 결합된 G-단백질 활성화를 통한 신호전달과정을 통해 향기성분정보를 대뇌에 전달하여 후각인지에 관여하는 단백질이다. 사람의 경우 400개 이상의 후각수용체 유전자가 존재하며 이는 인간 유전체의 1-2%에 해당하는 것으로서 유전체에서 큰 비중을 차지한다.
2. 후각수용체 544 (Olfr544)
- 마우스의 후각수용체들 중 하나로 천연 리간드로 알려진 아젤라산의 분자 표적이다.
3. 이소후각수용체 (Ectopic olfactory receptor)
- 후각수용체가 코 뿐만 아니라 온 몸에 존재한다는 사실이 밝혀졌고 코 외의 장소에 존재하는 후각수용체를 이소후각수용체라고 한다. 이소후각수용체는 신장/심장/간/근육/지방/면역세포 등 다양한 조직에서 광범위하게 이소발현 (ectopic expression) 되어서 냄새 성분을 인지하고 신체의 생리 활동에 영향을 주는 사실이 밝혀져 왔다.
4. 글루카곤양 펩티드-1 (GLP-1)
- 인크레틴 호르몬의 일종으로 주로 회장 (소장의 끝 부분)의 L세포에서 호르몬이다. 식후 혈당이 일시적으로 급격히 상승하면 GLP-1 호르몬이 인슐린 분비를 촉진시키고, 글루카곤의 분비는 억제한다. 또한 GLP-1은 시상하부와 뇌간의 식욕억제 경로를 직접 자극하고 미주신경에 직접 작용함으로써 식욕과 음식섭취를 조절하는 중요한 인자이다.
5. 박테로이데스 에시디페시언스 (Bacteroides acidifaciens)
- 장내 세균은 여러 기전을 통해 장내 항상성 유지 및 대사조절에 관여하여 인간의 건강과 질병에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 장내 미생물총은 크게 4개의 문 (Phylum)으로 나눌 수 있는데 그람 음성균인 Bacteroidetes와 Proteobacteria, 그람 양성균이 Firmicutes와 Actinobacteria이다. 최근 비만이 장내 미생물총의 변화 및 다양성과 깊은 연관이 있다는 연구 결과가 많이 발표되고 있으며 비만마우스의 장내미생물에서 Firmicutes문이 증가하고 Bacteroidetes문은 감소한 것으로 알려져 있다. 장내 세균인 박테로이데스 에시디페시언스가 지방 분해 효소의 분비를 촉진시켜 체중과 지방량을 감소시킨다는 연구가 보고된 바 있다.
그림 설명
그림 : 아젤라산의 Olfr544 활성화를 통한 GLP-1 분비 빛 장 염증 조절 기전
Olfr544는 소장 및 대장에 발현되며 리간드 화합물인 아젤라산 (azelaic aicd)에 의해 cAMP-PKA-CREB 신호전달과정을 활성화 한다. 이는 소장에서 장내 호르몬 GLP-1 분비 증가와 대장에서 Bacteroides acidifaciens 균주 증가, 염증성 사이토카인 발현 억제를 통한 장내 투과성을 개선함으로서 장의 염증을 억제한다.
우춘연 박사 [공동 제1저자] 이력사항
1. 인적사항
○ 소속: 고려대학교 대학원 생명공학과
○ 전화: 02-3290-3653
○ E-mail: chunyanwu87@gmail.com
2. 학력
○ 2017-현재 고려대학교 생명과학대학 연구교수
○ 2012-2017년 고려대학교 생명과학대학 생명공학과 박사
○ 2009-2012년 중국 절강대학 학사
정미영 박사 [공동 제1저자] 이력사항
1. 인적사항
○ 소속: 고려대학교 대학원 생명공학과
○ 전화: 02-3290-3653
○ E-mail: jeongmy1@korea.ac.kr
2. 학력
○ 1997-2002년: 중앙대학교 생명과학대학 미생물학 박사
○ 1992-1994년: 중앙대학교 생명과학대학 미생물학 석사
○ 1988-1992년: 목포대학교 생명과학대학 생물학 학사
3. 경력사항
○ 2018~현재: 고려대학교 생명자원연구소 연구교수
○ 2011~2017: 경희대학교 한의과대학 연구교수
○ 2005~2009: 경희대학교 동서의학연구소 학술연구교수
○ 2002~2004: 서울대학병원 임상의학연구소 박사후연구원
이성준 교수[교신저자] 이력사항
1. 인적사항
○ 소속: 고려대학교 생명과학대학 식품공학과
(대학원 생명공학과)
○ 전화: 02-3290-3029
○ E-mail: junelee@korea.ac.kr
2. 학력
○ 1995-2001년: 하버드대학교 보건대학원 영양생화학박사
○ 1991-1993년: 서울대학교 식품공학 석사
○ 1987-1991년: 서울대학교 식품공학 학사
3. 경력사항
○ 2004~현재: 고려대학교 교수
○ 1998~2001: 미국 스탠포드 의과대학 & Palo Alto Medical Foundation Research Institute 박사후연구원
4. 전문 분야 정보
○ 건강기능식품 연구
○ 식품 향기성분 분자표적 규명
○ 이소후각수용체 생체 조절 기작
5. 연구지원정보
○ 2019년~현재: 한국연구재단 중견과제
○ 2018년~2021년: 한국연구재단 기초연구실 (BRL)
