Neoways의 막나가는 분자생물학

우리의 식사가 인간의 기억과 학습에 얼마나 영향을 줄까? 영국의 리딩대학교(University of Reading)의 Jeremy Spencer가 플라보노이드(flavonoid)의 경우에 대해서 이야기했다.

식사가 두뇌 기능에 영향을 줄 수 있다는 의견은 당연해 보일 지도 모른다. 지질과 같은 영양소는 뉴런들(neurons)과 그것들을 지지하는 아교세포들(glial cells)의 불가결한 구성요소들이며, (포화 또는 불포화된) 그들의 구조가 두되 기능에서 중요한 역할을 한다고 제안되어 왔다. 또한 두뇌는 매우 높은 에너지 요구를 가지고 있으며 심지어 쉬고 있을 때에도 음식으로 취한 에너지를 많이 사용한다. 그러나 다른 음식물에서 유도된 구성요소들의 두뇌 기능에 대한 효과는 덜 명백해 보인다.

이에 대한 반응은 인간과 동물에서 수많은 식이 간섭 연구(dietary intervention studies)로 나타났다. 특히, 비티스 비니페라(Vitis vinifera , 포도), 카멜리아 시넨시스(Camellia sinensis, 차), 테오브로마 카카오(Theobroma cacao, 코코아), 그리고 박시니움 spp(Vaccinium spp, 월귤나무) 등으로부터 유래하는 음식과 음료수를 사용한 연구들은 두뇌로의 혈류와 기억 및 학습에 대한 유익한 효과를 보여줬다. 그러한 음식과 음료수들이 화학적 구성이나 영양소 내용과 한 번 먹는 칼로리양 면에서는 매우 다르지만, 그것들이 모두 플라보노이드(flavonoids)라고 불리는 식물 색소(plant pigments)군의 주요 음식원이라는데는 공통점을 가지고 있다.

플라보노이드는 과일, 채소, 곡물, 차, 과실주 및 과일 쥬스에서 발견된다. 원래 신체에서 그들의 생물학적 작용은 그들이 산소와 질소 라디칼(radical)과 같은 잠재적으로 해로운 화학종을 제거하도록 해주는 항산화 성질(antioxidant properties)에서 기인하는 것으로 믿어져왔었다. 그러나 체내에서 그것들이 광범위하게 대사되어 두뇌의 생물학적 이용가능성(brain bioavailability)이 낮은데, 이는 그것들이 이런 식으로 작용할 만큼 충분히 높은 농도를 가지지 않을 것이라는 것을 의미한다. 다른 제안은 그들의 신경보호 효과는 세포의 생존과 분화, 기억을 위해 중추적인 뉴런에서 신호전달 경로와 상호작용하기 때문일 것이라는 것이다.

두뇌에서 가능한 긍정적인 효과를 가지는 주요 플라보노이드 종류들은 콩에서 발견되는 이소플라본(isoflavones), 차와 코코아, 붉은 포도주에서 있는 플라바놀(flavanols), 그리고 딸기류와 붉은 포도주에 있는 안소시아닌(anthocyanins)이다 . 이들 종류는 화학적으로 다르고, 또한 그들의 작용 기전도 다르다. 예를 들어, 이소플라본은 뇌에서 에스트로겐(oestrogen)의 작용을 모방함으로써 작용하는 반면, 플라바놀과 안소시아닌은 미토겐-활성 단백질 키나아제 (mitogen-activated protein kinase, MAPK) 경로와 PI3 키나아제(phosphoinositide 3-kinase, PI3 kinase)/Akt 신호전달 단계반응(cascade)와 같은 뉴런의 신호전달 경로와 상호작용한다.

MAPK와 PI3 키나아제 경로 둘 다 뇌의 해마상 융기(hippocampus)와 피질(cortex)에서 기억 저장 배후의 형태학상 작용기전(morphological mechanisms)을 통제하는데 결정적인 것으로 알려져 있다. 결과적으로 이들 경로의 키나아제들을 활성화함으로써, 플라보노이드들이 기억과 학습을 증진시키는 잠재력을 갖게 된다. 그들이 작용하는 방식 중 하나는 기억과 연관된 중요한 유전자를 발현하는데 관련된, CREB(cAMP response element-binding)과 같은 단백질들을 조절함으로써 작용하는 것이다. 예를 들어, CREB는 뉴런의 생존과 분화,기능을 담당하는 단백질들인 뉴로트로핀(neurotrophins)의 생산에 결정적이다. 최근의 연구에서 플라보노이드를 많이 함유한 음식이 CREB 활성화를 촉진하고 해마상 융기에서 뉴로트로핀 BDNF(brain-derived neurotrophic factor)의 농도를 증가시키는 것으로 나타났다.

플라보노이드에 의해서 유도된 변화는 많은 방법으로 기억의 증진을 가져오고 짧은 신경 충격(brief nerve impulse)들을 오래 지속되는 기억으로 변환하는데 중요한 단계를 보여주는 것으로 보인다. 증가된 뉴런 단백질 합성은 더 많은 시냅스(synapse)와 신경전달물질(neurotransmitter)를 만들어내어, 뉴런들 사이의 교신의 세기를 강화하고 정보의 흐름을 돕게 된다. 플라보노이드에 의해 생기는 특정한 분자적 변화는 또한 뉴런 줄기 세포(neuronal stem cells)로부터 뉴런을 만드는 과정인 신경발생(neurogenesis)으로 이끌 수도 있다.

기억에 영향을 주는 플라보노이드들의 능력은 두뇌의 세포 구조에 대한 그것들의 유익한 효과에 기인하는 것처럼 보인다. 사실, 이들 구조가 나이가 들어감에 따라 저하되는 것을 알려진 것을 고려할 때, 상상컨대 플라보노이드가 풍부한 음식이 그 저하 과정을 되돌릴 수도 있을 것이다. 이것이 사실인지, 어떤 플라보노이드가 원인인지를 알기 위해서는 더 많은 연구가 수행되어야 할 것이다. 그럼에도 불구하고 이들 널리 퍼진 음식 성분들이 새로운 세대의 기억증강 약물을 위한 첫번째 후보자를 제공할 가능성이 크다.

[그림] 플라보노이드는 뉴런의 생존과 성장에 중요한 세포 신경 전달 경로와 상호작용하는 것으로 생각된다.

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Posted by 네오