간헐적 단식, 스트레스로 인한 인지 저하 완화 효과: 염증 조절의 역할

Intermittent fasting could ameliorate cognitive function against distress by regulation of inflammatory response pathway (2017)

https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.09.002

 

해당 논문은 간헐적 단식(intermittent fasting, IF)이 유해 스트레스가 유발하는 신경계 손상과 인지 기능 저하를 어떻게 완화하는지를 규명하는 연구이다. 특히 염증 반응 경로(inflammatory response pathway)를 조절함으로써 뇌와 부신(adrenal glands)에 미치는 병리적 영향을 억제하고 학습 및 기억 능력을 개선하는지를 분석하였다.

 

주요 내용 요약

1. 병리적 변화 완화: 부신 비대와 뇌 위축과 같은 스트레스 유발 병리적 변화가 간헐적 단식으로 억제되었다.
2. 스트레스 호르몬 조절: 간헐적 단식은 코르티코스테론의 과도한 분비를 억제하고, 스트레스로 인한 신체 손상을 완화했다.
3. 염증 반응 억제: IF는 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α)을 효과적으로 감소시켜 신경 염증과 손상을 완화했다.
4. 인지 기능 보호: 학습 및 기억 능력이 간헐적 단식을 통해 유의미하게 개선되었으며, 이는 뇌 건강 유지에 있어 IF의 잠재적 역할을 보여준다.

 

연구 배경

1. 스트레스와 인지 기능

   • 스트레스는 호르몬 및 염증 반응을 통해 신체 여러 기관에 영향을 미친다. 만성 스트레스는 부신 비대와 뇌의 위축(특히 해마, hippocampus)을 유발하여 기억과 학습 능력에 손상을 줄 수 있다.
   • 스트레스 호르몬인 코르티코스테론(CORT), 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α)은 스트레스 반응 과정에서 크게 증가하며, 이는 신경 염증(neuroinflammation) 및 신경 독성(neurotoxicity)을 초래한다.

2. 간헐적 단식의 잠재적 효과

   • 간헐적 단식은 일정 주기로 음식 섭취를 제한하는 방식으로, 신경 염증 조절, 항염증 효과, 심혈관계 보호 및 인지 기능 개선 효과가 보고되었다.
   • 이 연구는 특히 스트레스 환경에서 간헐적 단식이 인지 기능 저하를 어떻게 완화하는지와 관련된 분자적 경로를 분석하였다.

 

연구 방법

1. 대상 및 실험 디자인

   • 실험 동물: 40마리의 BALB/c 생쥐(25g 기준) 사용
   • 4개 그룹
     • 대조군(Control): 정상적으로 식사 제공, 스트레스 없음
     • 스트레스군(Distress): 전기 충격 및 사회심리적 스트레스 적용
     • 간헐적 단식군(IF): 매일 2시간 동안 음식 및 물 제한
     • 간헐적 단식 + 스트레스군(IF with Distress): 음식 제한 및 스트레스 동시 적용

2. 스트레스 유도

   • 스트레스군과 IF+스트레스군에 대해 전기 충격(40mV, 10Hz)과 사회심리적 스트레스(1시간)를 2주 동안 적용

3. 인지 기능 평가

   • Barnes Maze 실험
     • 원형 플랫폼 위에 탈출 상자를 배치하고, 생쥐가 상자를 찾는 시간을 기록
     • 3주 차에 4일 동안(15~18일) 학습 및 기억 능력 평가

4. 생리학적 분석

   • 혈액 분석
     • 스트레스 호르몬(CORT), 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α) 측정
   • 조직 분석
     • 뇌와 부신의 무게 변화 기록

 

연구 결과

1. 부신 비대와 뇌 위축 완화

• 스트레스가 미치는 병리적 영향

  • 스트레스를 받은 생쥐에서는 부신의 크기가 비대해졌으며(adrenal hypertrophy), 이는 스트레스에 반응하여 부신이 과도하게 활성화된 결과이다.
  • 동시에 뇌(특히 해마)의 크기가 감소하는 뇌 위축(brain hypotrophy)이 관찰되었다. 이는 스트레스 호르몬의 과도한 분비와 염증 반응이 신경 조직을 손상시킨 결과로 추정된다.

• 간헐적 단식의 보호 효과

  • 간헐적 단식(IF)은 부신의 비대화를 억제하고 뇌 위축을 완화시켰다.
  • 특히 IF+스트레스군에서 부신 무게와 뇌 무게가 대조군과 유사한 수준으로 유지되어 간헐적 단식이 스트레스 유발 병리적 변화를 효과적으로 억제했음을 보여준다.

2. 스트레스 호르몬(CORT) 감소

• CORT 증가의 문제

  • 스트레스군에서 혈중 코르티코스테론(CORT) 수치가 현저히 증가했다. CORT는 스트레스 시 부신에서 분비되는 주요 호르몬으로, 과도한 수치는 신경 염증을 유발하고 해마와 같은 뇌 구조를 손상시킬 수 있다.
  • CORT의 과도한 축적은 학습과 기억 능력을 저하시킴과 동시에 전신 염증 반응을 촉진한다.

• 간헐적 단식의 효과

  • 간헐적 단식을 병행한 IF+스트레스군에서 CORT 수치가 약 50% 감소했다.
  • 이는 간헐적 단식이 부신의 과잉 활성화를 억제하고, CORT의 혈중 농도를 효과적으로 조절할 수 있음을 보여준다.
  • 이러한 감소는 간헐적 단식이 뇌와 전신 염증 경로를 안정화시키는 데 중요한 역할을 한다는 점을 시사한다.

3. 염증성 사이토카인(IL-6, TNF-α) 감소

• 스트레스와 염증 반응

  • 스트레스군에서 혈중 IL-6(인터루킨-6)과 TNF-α(종양괴사인자-알파) 수치가 유의미하게 증가했다.
    • IL-6은 스트레스 상황에서 주로 면역 세포에서 분비되며, 신경 염증(neuroinflammation)을 유발하고 해마의 신경세포 손상을 초래한다.
    • TNF-α는 염증 반응의 주요 조절자로, 과도한 분비는 신경 독성과 인지 기능 손상을 일으킨다.
  • 이러한 사이토카인의 증가는 뇌와 부신에서 병리적 변화를 촉진하고, 학습 및 기억 능력을 저하시킨다.

• 간헐적 단식의 염증 억제 효과

  • IF+스트레스군에서 IL-6 수치는 약 58%, TNF-α 수치는 약 57% 감소했다.
  • 간헐적 단식은 면역 세포에서 염증성 사이토카인 분비를 억제하고, 신경 염증을 완화하여 스트레스 반응으로 인한 조직 손상을 예방하는 데 기여한다.
  • 이는 간헐적 단식이 염증 반응 경로의 조절자로 작용하여 뇌와 부신의 기능적 안정성을 유지한다는 점을 강조한다.

4. 인지 기능 개선

• 스트레스가 인지 기능에 미치는 영향

  • 스트레스군은 Barnes Maze 실험에서 탈출 상자를 찾는 시간이 길어졌다. 이는 학습과 기억 능력이 스트레스로 인해 저하되었음을 나타낸다.
  • 이러한 인지 기능 저하는 스트레스에 따른 해마 손상, 염증 반응, CORT 과잉 분비와 밀접하게 연관된다.

• 간헐적 단식의 인지 기능 보호 효과

  • 간헐적 단식을 시행한 IF+스트레스군에서는 Barnes Maze 실험의 탈출 시간이 유의미하게 단축되었다.
  • IF+스트레스군에서 학습 및 기억 능력이 대조군과 유사한 수준으로 회복되었으며, 이는 간헐적 단식이 스트레스로 인한 해마 손상을 예방하고 신경 기능을 보호하는 역할을 한다는 점을 보여준다.
  • 특히 간헐적 단식은 해마 내 염증 반응을 억제하고 신경세포의 가소성(plasticity)을 유지하여 인지 기능 향상에 기여할 수 있다.

 

 

그래프 설명

1. Adrenal Glands Weight (부신 무게)

   • 부신은 스트레스에 반응하여 활성화되며, 과도한 스트레스는 부신 비대를 초래한다.
   • 스트레스군(Distress)에서 부신의 무게가 크게 증가했으나, 간헐적 단식을 병행한 IF+스트레스군은 부신 비대가 억제되었다. 이는 간헐적 단식이 스트레스 반응을 조절하는 데 효과적임을 보여준다.

2. Brain Weight (뇌 무게)

   • 스트레스는 뇌 조직의 위축을 유발할 수 있으며, 이는 인지 기능 저하로 이어질 수 있다.
   • 스트레스군에서 뇌 무게가 감소했지만, IF+스트레스군은 대조군과 유사한 수준으로 뇌 무게를 유지했다. 이는 간헐적 단식이 스트레스로 인한 신경 손상을 예방할 수 있음을 시사한다.

3. Plasma CORT Levels (혈중 스트레스 호르몬 수치)

   • CORT는 스트레스 시 부신에서 분비되는 주요 호르몬으로, 과도한 분비는 염증 및 신경 손상을 초래한다.
   • 스트레스군에서 CORT 수치가 현저히 증가했으나, IF+스트레스군에서는 CORT 수치가 약 50% 감소했다. 이는 간헐적 단식이 스트레스 호르몬의 과도한 분비를 효과적으로 억제한다는 점을 보여준다.

4. IL-6 Levels (염증성 사이토카인 IL-6)

   • IL-6은 염증 반응과 신경 손상을 유발하는 중요한 인자이다.
   • 스트레스군에서 IL-6 수치가 크게 증가했으나, IF+스트레스군에서는 유의미하게 감소했다. 이는 간헐적 단식이 염증 반응을 효과적으로 억제하여 뇌 건강을 보호할 수 있음을 보여준다.

5. TNF-α Levels (염증성 사이토카인 TNF-α)

   • TNF-α는 강력한 염증 촉진 인자로, 과도한 분비는 신경 독성을 초래한다.
   • 스트레스군에서 TNF-α 수치가 증가했으나, IF+스트레스군에서는 유의미하게 감소했다. 이는 간헐적 단식이 염증 반응 경로를 안정화하는 데 도움을 줄 수 있음을 나타낸다.

6. Escape Latency (인지 기능, 탈출 시간)

   • Barnes Maze 실험에서 탈출 시간이 짧을수록 학습과 기억 능력이 우수함을 나타낸다.
   • 스트레스군에서 탈출 시간이 길어져 인지 기능 저하가 나타났으나, IF+스트레스군에서는 탈출 시간이 유의미하게 단축되었다. 이는 간헐적 단식이 학습 및 기억 능력을 보호하고 향상시킬 수 있음을 시사한다.

 

연구 결론

이 연구는 간헐적 단식이 단순히 체중 감량 이상의 이점을 가지며, 스트레스 상황에서도 염증과 신경 손상을 줄이고 인지 기능을 보호할 수 있는 강력한 도구임을 시사한다. 꾸준한 간헐적 단식을 통해 스트레스 관리와 뇌 건강 증진을 도모할 수 있다.