< 일러스트 OpenAI의 DALL·E 제공 >
[객원 에디터 11기 / 이소윤 기자] 인간의 몸 전체에 존재하는 미생물의 수는 약 39조 개에 이르는 것으로 추정된다. 감이 잘 오지 않는 숫자다. 분명한 것은 인간의 세포 수와 비슷한 규모의 미생물이 우리의 장 속에 살아가고 있으며, 그 대부분이 우리가 먹고 소화하는 과정에서 끊임없이 상호작용하고 있다는 사실이다. 게다가 이 미생물들은 단순히 소화 기능만 돕는 것이 아니라 우리의 감정과 정신 건강에도 영향을 미친다. 감정과 정신 질환은 오직 ‘뇌’의 문제라고 믿어왔던 전통적인 의학계의 관점도 점차 변화하고 있다.
여기서 한 가지 질문이 떠오른다. 장 속에 존재하는 미생물들은 어떻게 저 멀리 떨어진 머릿속 뇌와 신호를 주고받으며 기분에 영향을 미치는 걸까? 왜 어떤 상태의 장은 활력과 안정감을 주고, 어떤 상태의 장은 우울감과 스트레스를 유발할까? 먼저 메커니즘을 보자. 그 비밀을 풀 열쇠는 바로 ‘장-뇌 축(Gut-Brain Axis)’이라 불리는 양방향 소통 시스템이다. 이미 수많은 연구를 통해 장내 미생물이 신경계, 면역계, 내분비계를 아우르는 복합적인 경로를 통해 뇌와 긴밀하게 소통하고 있음이 밝혀졌다. 미생물이 단순히 장 속에 머무는 존재가 아니라, 실시간으로 신호를 보내는 중요한 구성원이라는 뜻이다.
그렇다면 미생물은 어떤 방식으로 뇌에 직접적인 신호를 보낼까? 가장 대표적인 통로는 뇌에서 시작해 심장과 폐를 거쳐 위장관까지 이어지는 ‘미주신경’이다. 장내 미생물은 인간의 감정을 조절하는 신경전달물질인 세로토닌과 GABA의 생성에 관여하거나 분비를 촉진하는 것으로 알려져 있다. 실제로 체내 세로토닌의 약 90%는 장에서 생성된다. 이에 더해 미생물이 식이섬유를 발효할 때 생성되는 단쇄지방산(SCFA) 역시 장의 신경세포를 자극해 미주신경을 통해 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다.
여기서 이를 뒷받침하는 대표적인 실험이 있다. 아일랜드 APC Microbiome Ireland(옛 알리멘터리 파마바이오틱 센터) 연구진은 특정 유익균이 뇌에 미치는 영향을 확인하기 위해 쥐 실험을 진행했다. 연구진은 유익균을 투여한 정상 쥐에서 불안 행동이 유의미하게 감소한 반면, 장 부근의 미주신경을 절단한 쥐에서는 미생물 환경을 변화시켜도 행동 변화가 나타나지 않는다는 사실을 확인했다. 이는 장내 미생물이 생성한 신호가 뇌로 전달되는 과정에서 미주신경이 중요한 역할을 한다는 점을 보여주는 대표적인 연구로 평가된다.
또한 미생물은 혈액과 면역계를 통한 간접 경로로도 뇌와 소통한다. 우리 몸 면역세포의 상당수는 장 점막 주변에 분포하며 장내 미생물과 지속적으로 상호작용한다. 장내 미생물 생태계의 균형이 무너지면 면역세포가 과도하게 활성화되면서 사이토카인이라는 신호 전달 단백질을 분비한다. 이 사이토카인이 혈액을 통해 전신을 순환하며 뇌에 영향을 미치면 신경염증과 스트레스 반응에 관여할 수 있다. 실제로 여러 연구에서는 우울증 환자에게서 일부 염증성 사이토카인이 증가하는 경향이 보고되었다. 이는 우울증이 단순히 심리적 요인이나 호르몬의 문제를 넘어 면역계와도 밀접한 관련이 있을 가능성을 보여준다.
그렇다면 이러한 발견들은 우리의 미래를 어떻게 바꿀까? 현재 우울증을 비롯한 정신 질환은 환자의 증상과 면담, 심리평가 등을 종합해 진단하는 경우가 많다. 따라서 객관적인 생물학적 지표를 확보하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 과학자들이 특정 정신 질환과 연관된 장내 미생물 패턴, 즉 ‘마이크로바이옴 바이오마커’를 규명한다면 상황은 달라질 수 있다. 장내 미생물 검사를 통해 정신 질환의 위험성을 조기에 평가하거나, 알츠하이머병과 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환의 진행 상태를 보조적으로 모니터링하는 기술 개발에도 도움이 될 것으로 기대된다.
결국 의학의 새로운 경쟁력은 장 속 미생물의 생태계를 이해하고 제어하는 데 있다. 장은 이제 단순한 소화 기관을 넘어 뇌와 긴밀하게 연결된 중요한 기관으로 주목받고 있다. 정신 건강 개선에 도움을 줄 가능성이 있는 유익균인 ‘사이코바이오틱스(Psychobiotics)’ 연구도 활발히 진행되고 있다. 앞으로는 기존의 약물 치료와 함께 장내 환경을 개선하는 접근법이 정신 질환 치료의 새로운 가능성으로 자리 잡을 것으로 기대된다.
