Intermittent administration of a fasting-mimicking diet intervenes in diabetes progression, restores β cells and reconstructs gut microbiota in mice (2018)

https://doi.org/10.1186/s12986-018-0318-3

 

단식은 오래전부터 비만, 당뇨병 등 대사 질환을 관리하는 효과적인 방법으로 알려져 있다. 해당 논문은 새로운 저단백, 저탄수화물 기반의 단식 모방 식단(FMD)이 제2형 당뇨병과 제1형 당뇨병 모델에서 어떤 영향을 미치는지를 탐구한 연구이다. 연구 결과, 간헐적 FMD 적용이 당뇨병 진행을 억제하고, 췌장 β세포를 회복하며 장내 미생물 구성을 재구성하는 데 유의미한 효과가 있음을 확인했다.

 

연구 결과

1. 제2형 당뇨병 개선 효과

• 혈당 감소
  FMD를 간헐적으로 적용한 쥐에서는 공복 혈당이 유의미하게 감소했다. 특히, 공복 혈당이 11.1 mmol/L 이상인 상태를 당뇨병으로 정의했을 때, FMD는 당뇨병 병리 진행을 억제하는 데 효과적이었다.

• 포도당 내성과 인슐린 감수성 개선
  FMD 그룹은 포도당 내성 검사(GTT)와 인슐린 내성 검사(ITT) 결과, 대조군에 비해 포도당 조절 능력과 인슐린 감수성이 향상되었다. 또한, 인슐린 저항성을 나타내는 지표인 HOMA-IR 수치가 FMD 그룹에서 크게 감소했다.

• 췌장 β세포 기능 회복
  β세포 수와 기능이 FMD에 의해 회복되었다. 대조군에서는 췌장 섬이 불규칙하고 β세포가 현저히 줄어들었으나, FMD를 적용한 그룹에서는 정상적인 형태와 밀도의 β세포를 확인할 수 있었다. 이는 췌장 기능이 회복되었음을 나타낸다.

• β세포 증식
  β세포 증식을 나타내는 Ki67 발현이 증가했으며, 새로운 β세포 형성을 유도하는 마커인 Ngn3의 발현도 증가했다.

2. 간 지방증 완화

• 지방 축적 감소
  대조군의 쥐들은 간세포에 심각한 지방 축적(간 지방증)이 관찰되었으나, FMD 그룹에서는 지방 축적이 크게 감소했다.
• 지방 산화 촉진
  FMD는 지방산 산화와 관련된 유전자(Acox1, Acaa1, PPARα 등)의 발현을 증가시켜 간 지방증을 개선했다.

3. 장내 미생물 조성 변화

• 미생물 다양성 증가
  FMD를 적용한 쥐들의 장내 미생물 다양성이 대조군보다 증가했다.
• 유익균 증가
  Parabacteroides와 Blautia와 같은 유익균이 증가했고, 이는 낮은 혈당 수준과 음의 상관관계를 보였다.
• 유해균 감소
  Prevotellaceae, Alistipes, Ruminococcaceae 등 혈당 상승과 관련된 균주는 감소했다.
• 미생물군과 혈당의 상관성
  Parabacteroides와 같은 균주는 공복 혈당 감소와 강한 음의 상관관계를 보였으며, Alistipes 등은 혈당 상승과 양의 상관관계를 나타냈다.

4. 제1형 당뇨병에서의 효과

• FMD는 제1형 당뇨병 쥐에서도 고혈당을 감소시키고 췌장 β세포 수를 회복시키는 효과를 보였다.
• 췌장 섬의 β세포 비율이 증가한 반면, α세포 비율은 감소했다.

 

 

FMD가 제2형 당뇨병 진행에 미치는 효과

• 연구 설계 (a)
  • 두 그룹으로 나뉘어 실험 진행
    • 대조군(Control): 일반 사료를 자유롭게 섭취
    • FMD 그룹: 7일간 FMD 식단 섭취 후 7일간 자유롭게 섭취를 반복
  • 8주 동안 실험을 진행하여 혈당, 체중, 인슐린 감수성, 췌장 β세포 기능을 평가
• 식이 섭취량 및 체중 변화 (b, c)
  • FMD 주간에는 식이 섭취량과 칼로리 섭취가 감소했지만, 체중은 두 그룹 간에 큰 차이가 없었음
• 혈당 수준 (d)
  • FMD 그룹의 공복 혈당이 실험 2주차부터 대조군에 비해 유의미하게 감소
  • 실험 종료 시점에서 FMD 그룹은 당뇨 기준(11.1 mmol/L 이하)을 충족
• 포도당 내성 및 인슐린 감수성 (e, f)
  • 포도당 내성 검사(GTT)와 인슐린 내성 검사(ITT) 결과, FMD 그룹의 개선이 뚜렷함
• HOMA-IR 및 β세포 기능(HOMA-%B) (g, h)
  • FMD 그룹에서 인슐린 저항성을 나타내는 HOMA-IR 수치가 감소
  • β세포 기능(HOMA-%B)은 대조군 대비 FMD 그룹에서 유의미하게 증가

 

 

FMD가 췌장 β세포 복구에 미치는 효과

1. 췌장 섬 구조 (a)

   • 대조군(Control): 췌장 섬이 심각하게 변형되었으며, β세포 수가 매우 적음
   • FMD 그룹: 췌장 섬이 정상적인 형태로 복원되었으며, β세포 밀도가 높음

2. β세포와 α세포 비율 (b)

   • FMD 그룹에서 β세포 비율이 크게 증가
   • 대조군에서는 α세포 비율이 상대적으로 높아졌으나, FMD 그룹에서는 α세포 비율이 감소하며 β세포 비율이 정상 수준으로 회복

3. 인슐린과 글루카곤 발현 (c)

   • 면역염색 결과, FMD 그룹에서 인슐린을 생성하는 β세포가 크게 증가
   • 대조군에서는 글루카곤을 생성하는 α세포가 더 두드러짐

4. 인슐린 수치 (d)

   • FMD 그룹에서 식사 후 혈중 인슐린 수치가 유의미하게 증가
   • 이는 β세포 기능 회복으로 인해 인슐린 분비가 정상화되었음을 나타냄

 

연구 결론

이번 연구는 단식 모방 식단(FMD)이 제2형 및 제1형 당뇨병의 진행을 효과적으로 억제하고 대사적 건강을 회복시키는 데 기여할 수 있음을 보여준다. 특히, FMD가 췌장 β세포의 회복과 장내 미생물 조성을 변화시켜 당뇨병을 개선하는 주요 기전으로 작용함을 확인했다. 이는 인간 연구로의 확장 가능성을 시사하며, FMD가 당뇨병 관리의 중요한 전략으로 활용될 수 있음을 보여준다.