Dynamical alterations of brain function and gut microbiome in weight loss (2023)

https://doi.org/10.3389/fcimb.2023.1269548

 

해당 논문은 비만 환자들을 대상으로 한 간헐적 에너지 제한(intermittent energy restriction, IER) 다이어트가 뇌 기능과 장내 미생물에 미치는 동적 변화를 연구한 것이다. IER은 일정 기간 동안 칼로리 섭취를 제한하고 이후 정상적인 에너지 섭취로 돌아가는 방식으로 체중 감소를 유도하는 다이어트 방법이다.

 

연구 요약

• 뇌 기능 변화: IER을 통해 비만과 관련된 여러 뇌 영역의 활동이 감소하는 것이 관찰되었다. 특히, 음식 섭취와 관련된 감정, 학습, 기억, 그리고 감각을 조절하는 뇌 영역(좌측 하전두측 이마엽, 우측 하전두측 이마엽, 좌측 배외측 전두피질, 전대상피질, 그리고 우측 조가비핵)의 활동이 감소했다. 이러한 뇌 기능의 변화는 음식 섭취를 조절하고 체중 감소에 기여하는 것으로 보인다.
• 장내 미생물 변화: IER은 장내 미생물의 다양성을 증가시키고, 비만과 관련된 유익한 박테리아(Faecalibacterium prausnitzii, Parabacteroides distasonis, Bacterokles uniformis)의 수를 증가시키는 동시에 유해한 박테리아(Escherichia coli)의 수를 감소시켰다. 특히, E. coli의 수가 감소하는 동안 유익한 박테리아의 수가 일시적으로 증가했다가 다시 감소하는 양상을 보였다.
• 뇌-장 미생물 축의 상호작용: 이 연구에서는 장내 미생물의 변화가 특정 뇌 영역의 활동 변화와 동적으로 상관관계를 갖는 것을 확인했다. 예를 들어, E. coli의 수는 IER 이전과 이후에 뇌의 억제 조절 회로와 학습/기억 회로에서의 뇌 활동과 음의 상관관계를 보였다.

 

연구 방법

• 대상자: 비만 성인 25명 (BMI 28~45 kg/m²)
• 연구 디자인: 간헐적 에너지 제한(IER) 다이어트 3단계로 구성
  • 1단계: 4일간 정상 식단(칼로리 제한 없음)
  • 2단계: 32일간 고도 제어식 (칼로리 제한, 4단계로 점진적 감소)
  • 3단계: 30일간 저도 제어식 (칼로리 제한, 간헐적 제한)
• 데이터 수집
  • 체중, 허리 둘레, 체지방, 혈압, 혈당 등 임상적 파라미터 측정
  • fMRI를 통해 뇌 활동 측정
  • 메타게놈 시퀀싱을 통해 장내 미생물 분석
  • 각 단계마다 혈액 및 대변 샘플 수집
• 분석
  • fMRI 분석을 통해 뇌의 특정 영역 활동 변화 확인
  • 장내 미생물 다양성 및 특정 세균의 풍부도 변화 분석
  • 뇌 활동 변화와 장내 미생물 변화 간의 상관관계 분석
     

연구 결과

• 임상적 개선
  • 체중, 체지방, 허리 둘레, 혈압 등에서 유의미한 감소
  • 혈당 및 간 효소 수치 개선
• 뇌 활동 변화
  • IER을 통해 음식 섭취와 관련된 뇌 영역(좌측 하전두측 이마엽, 우측 하전두측 이마엽, 전대상피질, 좌측 배외측 전두피질, 우측 조가비핵)의 활동 감소
• 장내 미생물 변화
  • IER 후 장내 미생물 다양성 증가
  • 유익한 박테리아(Faecalibacterium prausnitzii, Parabacteroides distasonis, Bacterokles uniformis) 증가
  • 유해한 박테리아(Escherichia coli) 감소
• 뇌-장 미생물 상호작용
  • 특정 뇌 영역의 활동과 장내 미생물의 변화 간 상관관계 확인 (E. coli와 억제 조절 회로의 음의 상관관계 등)

 

 

위의 그래프는 간헐적 에너지 제한(IER) 다이어트 후 체중, 체지방, 허리둘레, 혈압의 변화를 나타낸 것이다.

 

결론
이 연구는 IER이 비만 환자들에게 뇌와 장내 미생물 간의 상호작용을 통해 체중 감소를 유도할 수 있다는 것을 시사한다. 특히, IER이 뇌의 음식 섭취 조절 능력을 강화하고, 장내 미생물의 구성을 건강하게 변화시킴으로써 체중 감소와 그 유지에 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다. 이러한 연구 결과는 개인의 건강 관리에 있어서, 특히 비만 관리와 체중 유지에 있어 IER이 효과적인 전략이 될 수 있음을 강조한다. 장기적인 체중 유지를 위해서는 지속적인 IER과 같은 규칙적인 다이어트 전략이 필요할 수 있다.