최근 장내 공생미생물을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 인체에 이로운 미생물인 프로바이오틱스가 인플루엔자 바이러스 감염 완화에도 도움을 준다는 연구결과가 나왔다.

▲ 울산의대 서울아산병원 융합의학과/미생물학과 권미나 교수

울산의대 서울아산병원 융합의학과/미생물학과 권미나 교수 · 김승일 박사 연구팀은 사람 유래의 프로바이오틱스를 발굴해 생쥐에게 경구 투여했더니 항바이러스 물질이 증가했고 그 결과 폐 면역성이 증진된 사실을 확인했다.

또한 프로바이오틱스에서 유래한 지방산이 인플루엔자 바이러스 감염으로 인한 폐 손상 완화에 효과적임을 증명함으로써 장내 미생물을 매개로 장과 폐가 상호작용한다는 '장-폐 연결축(Gut-lung axis) 이론'까지 규명해냈다.

그동안 프로바이오틱스는 장 건강보조식품으로 활발히 출시되고 있지만, 폐와의 상호작용과 관련해 구체적인 기전을 밝힌 연구는 거의 없었다. 

이번 연구는 프로바이오틱스의 효능을 입증하는 근거로써 지방산에 의한 폐의 면역성 조절 작용을 정확히 밝혀낸 점에서 의의가 크다.

연구결과는 우수성을 인정 받아 과학기술논문인용색인(SCI)급 국제 학술지 '마이크로바이옴(Microbiome, 피인용지수 15.5)' 최근호에 'Newly isolated Lactobacillus paracasei strain modulates lung immunity and improves the capacity to cope with influenza virus infection'이라는 제목으로 게재됐다.

코로나 및 인플루엔자를 포함한 호흡기 바이러스 감염은 전염성이 강해 전 세계적으로 유행하며, 기저 질환이 있는 사람과 고령 환자에게는 사망률과 합병증 발생 위험을 크게 높인다. 

호흡기 바이러스에 감염되면 두통, 오한, 호흡기 증상 등을 완화하기 위해 항바이러스제를 투여하는데, 이번 연구 결과를 바탕으로 평상시의 프로바이오틱스 투여가 호흡기 바이러스 감염 완화에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

▲ L. paracasei MI29는 지방산 의존적 방식으로 숙주를 보호한다. A. 실험 계획. B. A/PR8 감염 후 마우스의 체중 변화. C. 폐의 바이러스 역가 및 폐 균질액에서 IFN-I의 발현 수준에 대해 MDCK 세포주를 사용한 플라크 분석. D. H&E 염색에 의한 폐 조직의 병리 및 점수. E. 2dpi에서 폐의 ISG(Oas1, Cxcl10, Ifit1, Rsad2, Oasl2, Irf7, Mx1) 및 친염증성 사이토카인(IL-1β, IL-6, IL-18)에 대한 히트맵 및 mRNA 수준. 통계 분석은 사후 Tukey의 테스트와 함께 일원 분산 분석을 사용해 수행되었다. *p < 0.05, **p < 0.01 및 ***p < 0.001. 데이터는 최소 3개의 독립적인 실험에서 결합되었다.

연구팀은 인플루엔자 바이러스에 감염된 생쥐 모델을 대상으로 프로바이오틱스를 주입한 생쥐와 그렇지 않은 생쥐를 나눠 관찰했다. 그 결과 프로바이오틱스를 섭취한 생쥐는 감염에 의한 폐 손상이 완화됐으며 항바이러스 물질인 1형 인터페론이 증가한 것을 발견할 수 있었다.

1형 인터페론은 숙주가 생성하는 사이토카인(면역조절 물질)의 일종으로, 몸에 바이러스가 침입했을 때 면역계의 방어 활성을 돕는다. 

생성된 1형 인터페론은 인터페론 수용체에 결합한 후, 인터페론 자극 유전자와 같이 항바이러스 역할을 할 수 있는 다양한 물질의 생성을 유도한다.

반면, 프로바이오틱스를 아예 섭취하지 않은 생쥐에게서는 항바이러스 물질이 상대적으로 적게 생산됐으며 인플루엔자 바이러스 감염에 취약한 모습이 관찰됐다. 

또한 인터페론 수용체를 인위적으로 결손시킨 생쥐의 경우에도 프로바이오틱스에 의해 활성화된 인터페론 신호를 받지 못하다보니 항바이러스 효과가 감소한 것으로 확인됐다.

연구팀은 더 나아가 프로바이오틱스를 섭취한 생쥐의 장과 폐를 면밀히 관찰한 결과 프로바이오틱스 유래의 지방산(팔미트산)이 많이 생성돼 있음을 관찰했으며, 이러한 지방산이 폐에서 항바이러스 물질의 생성을 촉진시키는 사실을 파악해 장-폐 연결축 개념을 규명해낼 수 있었다.

한편 지방산 수용체를 차단한 생쥐에서는 팔미트산에 의한 신호를 받지 못해 1형 인터페론의 생성이 줄어든 점이 확인되면서 프로바이오틱스의 지방산이 항바이러스 작용에 있어서 중요한 요소임을 재차 입증할 수 있었다.

▲ 프로바이오틱스 항바이러스 작용 모식도

연구책임자인 권미나 울산의대 서울아산병원 융합의학과/미생물학과 교수는 "이번 연구는 프로바이오틱스가 면역체계 활성화를 통해 항바이러스 작용에 기여할 수 있음을 증명한 기초 연구다"라며, "이 연구결과가 향후 프로바이오틱스와 같은 마이크로바이옴을 이용한 인체 방어 면역 체계 연구와 바이러스 감염증 완화 관련 연구에도 도움이 되길 바란다"라고 덧붙였다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 중견연구자 및 창의도전 연구기반 사업으로 진행됐다.