“프로바이오틱스” 호흡기 건강에 도움
락토바실러스 플란타럼 KF511의 호흡기 손상 예방 확인
(전국= KTN) 김도형 기자= 프로바이오틱스의 일종인 락토바실러스 플란타럼 KF511 균주가 담배연기 등으로 유발되는 호흡기 손상을 예방하여 호흡기 건강에 도움을 줄 수 있음을 입증했다.
한국식품연구원(원장 박동준) 식품기능연구본부 이소영 박사 연구팀은 동물실험을 통해 프로바이오틱스인 락토바실러스 플란타럼 KF511 균주(이하 KF511)가 담배연기 등으로 유발되는 호흡기 손상에 예방 효과가 있는 것을 확인했다.
프로바이오틱스는 “적정량 섭취 시 인간에게 건강상의 유익함을 제공하는 미생물”로 대표적으로 락토바실러스, 비피도박테리움 등이 있다. 항비만, 항아토피, 면역증진 활성 등 다양한 기능성을 가지고 있으며, 이러한 기능성은 균주마다 상이한 것으로 보고되고 있다.
최근에는 락토바실러스 람노서스가 호흡기 질환 개선에 효과가 있다는 연구가 보고되면서 프로바이오틱스의 호흡기 질환 개선에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
기후변화 및 환경문제로 인해 호흡기 건강이 저하되는 사람이 꾸준히 늘어나고 있다. 한국식품연구원은 ⌜만성 면역질환 개선을 위한 식･의약 소재 개발(2017-2024)⌟사업을 통해 이에 대응할 수 있는 기능성 프로바이오틱스 소재인 KF511 균주를 발굴했다.
연구팀은 생후 6주 된 수컷 실험용 마우스에 담배연기 추출물과 폐 조직 손상을 유발할 수 있는 엘라스타아제(단백질 분해 효소, 이하 PPE)1)를 코를 통해 흡입시켜 호흡기 손상을 유발했다. 연구팀은 실험용 마우스의 일부 그룹에 3주 동안 KF511을 섭취시킨 후, KF511을 섭취하지 않은 그룹과 비교하며 호흡기 손상 예방 효능을 관찰했다.
KF511을 섭취한 그룹의 기관지 폐포 세척액2)을 분석한 결과 호중구(과립 백혈구의 일종)3)와 대식세포4) 수 감소, 염증성 사이토카인5) 분비량 감소가 관찰되었으며, 폐 조직에서는 섬유화6)와 세기관지 폐쇄 현상이 감소되는 등 호흡기 손상이 억제됨을 확인했다.
KF511 균주는 식품원료 등재 유무, 식품 섭취 경험 조사와 더불어 항생제 내성, 용혈성 평가, 유해물질 생산능 평가 및 genotype 안전성(독성 유전자, 항생물질 생성 및 항생제 내성 유전자 확인) 분석을 통해 식품원료로 사용 가능한 안전한 균주임이 확인됐다.
흡연과 미세먼지 등 유해 물질에 의한 노출은 호흡기 건강을 저하시키는 것으로 알려져 있는데, 환경오염 및 고령화 등 사회·환경적 변화를 고려할 때 호흡기 건강 저하 또는 호흡기 질환 악화 환자는 지속적으로 증가할 것으로 전망되고 있다.
흡연은 호흡기능을 약화시키는 주요 원인으로 흡연인구의 70%가 호흡곤란, 만성기관지염, 만성폐쇄성폐질환 등의 증상이 있는 것으로 보고되고 있으며, 미세먼지도 비염, 천식이나 만성폐쇄성폐질환 같은 호흡기 질환의 발병 및 악화와 높은 연관성을 보이고 있다.
대표적인 만성 호흡기 질환인 만성폐쇄성폐질환은 환경오염, 직업성 화학물질 노출, 담배연기 및 미세먼지로 인해 기관지와 폐에 발생한 비정상적인 염증반응이 원인이 되어 발병한다.
염증과 폐기종으로 인한 기도폐쇄, 호흡곤란, 기침, 가래를 동반하며, 폐기능이 정상인에 비해 빠른 속도로 저하되기 때문에 평지를 걸을 때도 숨이 차게 된다. 이러한 호흡기 손상은 비가역적으로 발생되기 때문에 완치가 어려우며 진행을 억제하는 것이 유일한 치료방법으로 예방의 중요성이 매우 큰 질환이다.
국내 만성폐쇄성폐질환 유병율은 11.6% (40세 이상, 남성 18.2%, 여성 5.9%, 국민건강영양조사, 2016)인데, 2017년 대한결핵 및 호흡기 학회 보고에 따르면, 연간 1조 4200억원의 치료비용과 1인당 747만원의 사회경제적 비용이 발생한다. 이는 대표적인 만성질환인 고혈압, 당뇨병, 허혈성심질환 보다 5-10배 높은 수치로 사회경제적 부담이 큰 질환임을 알 수 있다.
호흡기 질환 치료제 세계 시장 규모는 2019년 기준 621억 달러이며 국내 시장은 약 3,000억원 규모로 매년 증가하는 추세이나, 예방적 차원에서 접근할 수 있는 호흡기 관련 건강기능식품 시장 규모는 추산할 수 없을 정도로 작다. 특히 국내 건강기능식품 중에는 호흡기 건강에 도움을 줄 수 있는 기능성 제품이 아직 없는 실정이다.
연구팀은 호흡기 건강 개선용 신규 건강기능식품 등록을 목표로 인체적용시험에서 KF511 균주의 유효성 및 안전성을 검증하기 위한 연구를 진행 중에 있다.
식품연의 황진택 식품기능연구본부장은“식약처에서 호흡기 건강과 관련한 바이오마커 발굴 과제를 진행하는 등 호흡기 건강 관련 신규 기능성 개발에 관심이 보이고 있는 만큼, KF511 균주는 폐 건강 또는 호흡기 건강에 도움을 줄 수 있는 건강기능식품 및 의약품 개발에 활용할 수 있을 것으로 예상된다.”라고 말했다.
KF511의 호흡기 손상 예방 효과
1. 기관지폐포세척액 내 면역 세포 침윤 억제
2. 세기관지 폐색 억제
3. 염증성 케모카인 및 사이토카인 분비 억제
1) 엘라스타아제(Elastase) : 단백질 분해 효소의 일종으로 호중구 등의 과립구성 세포에서 분비되는 엘라스타아제는 폐 조직을 손상시켜 폐기종을 유발한다. 본 연구에서는 돼지 췌장 유래 엘라스타아제 (Porcine pancreatic elastase : PPE)를 사용하였다.
2) 기관지 폐포 세척액 (Bronchoalveolar lavage fluid;BALF) : 기관지 폐포에 생리식염수를 주입한 후 다시 회수한 액체로서 기관지 폐포에 존재하는 세포성분과 분비물질 등이 포함되어 있어, 호흡기 질환에 관련된 인자 분석에 이용되는 생체 시료이다.
3) 호중구(Neutrophil) : 과립 백혈구의 일종으로 단백분해효소 및 활성산소종 등을 분비하여 체내에 침입한 기생충 및 세균 등 외부 물질에 대항하는 선천면역 세포이다. 담배연기와 같은 유해한 흡입 물질이 호흡기로 들어오면 폐 상피 세포에서 염증 매개 물질을 분비하게 된다. 이 염증 매개 물질들로 인해 호중구가 과도하게 활성화되면 단백분해효소 및 활성산소종이 과도하게 분비되면서 폐 조직을 손상시키게 된다. COPD 환자에서 호중구 수의 증가가 관찰된다.
4) 대식세포(Macrophage) : 식균 및 살균작용을 통해 세균 등 외부 침입 물질에 대항하는 선천면역세포이지만, 담배연기 등 유해물질로 인해 과도하게 활성화되면 다량의 염증성 사이토카인(IL-8, TNF-α등)과 단백분해효소, 활성산소종을 분비하여 폐 조직을 손상시키고 염증반응에 관여하는 면역세포를 불러들인다. COPD 환자에서 정상인보다 5-10배가량 많은 수의 대식세포가 관찰된다.
5) 사이토카인(Cytokine) : 면역세포에서 분비되는 단백질로써, 세포의 종류나 자극 물질에 따라 분비되는 사이토카인의 종류가 다양하다. 종류에 따라 면역증진, 면역조절, 염증반응을 비롯한 신체 내 다양한 반응을 유도하게 된다. COPD 질환군에서는 IL-6, TNF-α, MIP-2, IL-1β, KC, TARC 등의 염증성 사이토카인이 증가한다.
6) 섬유화(Fibrosis) : 섬유화란 조직에 가해지는 반복된 손상을 재생시키는 과정에서 과도하게 생성된 콜라겐에 의해 조직이 경화되는 현상으로 폐 조직이 섬유화 되면 폐포를 통한 산소의 이동이 어렵게 되어 호흡곤란이 발생하게 된다.
7) ROF(Roflumilast) : 포스포에스테라제( phosphodiesterase 4)의 선택적 억제제로 기관지 천식, 기관지 경련을 수반하는 만성 기관지염, 폐기종과 기타 폐 관련 질환의 치료에 사용하는 항염증성 치료제이다. 본 연구에서 양성대조군으로 ROF를 사용하였다.
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