당뇨병 해독: 장내 미생물이 질병 위험에 미치는 영향

Nature Medicine 저널에 최근 게재된 연구에 따르면, 과학자 팀은 전당뇨병, 2형 당뇨병, 정상 혈당 상태를 가진 사람들의 8,000개 이상의 메타게놈 시퀀스를 조사하여 하위 유형 및 균주별 미생물 특성과 기능이 2형 당뇨병의 병리학적 메커니즘에 어떻게 기여하는지 확인했습니다.

제2형 당뇨병은 전 세계적으로 빠르게 증가하고 있는 건강 문제로, 전 세계적으로 5억 명 이상의 환자에게 영향을 미치고 있습니다. 제2형 당뇨병 환자의 췌장 베타세포 양과 기능은 시간이 지남에 따라 감소하며, 인슐린 저항성과 함께 저등급 전신 염증이 동반되는 경우가 많습니다.

장내 미생물총이 인간의 신진대사와 건강에 중요한 역할을 하며, 유전적 및 환경적 요인과 상호작용하는 경우가 많다는 증거가 있습니다. 또한 연구를 통해 제2형 당뇨병과 관련된 독특한 장내 미생물 특징이 밝혀졌습니다.

그러나 이러한 연구의 대부분은 작은 표본을 대상으로 실시되었거나 비만이나 메트포르민 사용 등의 요인을 통제하지 못했습니다.

2형 당뇨병 병리학에서 분자 수준에서 하위 유형 및 균주별 장내 미생물 군집 기능의 역할을 이해하려면 대규모 인구 집단으로부터 표준화된 데이터가 필요합니다.

이번 연구에서 연구진은 정상 혈당 상태, 당뇨병 전단계 또는 2형 당뇨병을 앓고 있는 유럽, 미국, 중국 10개 집단의 메타게놈 데이터를 분석하여 2형 당뇨병의 병리에 기전적으로 기여하는 장내 미생물의 균주별 기능과 분자적 특성을 파악했습니다.

이전 연구에서는 제2형 당뇨병의 대사 위험을 증가시키는 특정 미생물 종과 미생물 군집을 확인했지만, 해당 미생물의 병원성 기전이 균주에 따라 다르다는 사실을 고려하지 못했습니다. 예를 들어, 대장균의 K12 균주는 무해한 반면, O157 균주는 병원성을 나타냅니다.

연구진은 혈당 상태가 다른 10개 집단의 사람들을 대상으로 한 6개의 공개된 데이터 세트와 4개의 새로운 데이터 세트로부터 8,000개 이상의 메타게놈 시퀀싱 데이터를 얻었습니다.

코호트와 메타게놈 시퀀스에서 얻은 표현형 데이터는 먼저 표준화를 위해 처리되었고, 최종 연구 대상 인구는 2형 당뇨병 환자 1,851명, 당뇨병 전단계 환자 2,770명, 정상 혈당 상태를 가진 참가자 2,277명으로 구성되었습니다.

미국 당뇨병 협회의 진단 기준에는 경구 포도당 내성 검사, 공복 혈장 포도당 수치, 약물 사용 및 체질량 지수와 같은 위험 요소와 염증 및 대사 요인에 대한 실험실 검사가 포함되어 데이터 세트를 조화시키는 데 사용되었습니다.

제2형 당뇨병 상태와 전반적인 장내 미생물군 구성 간의 연관성을 먼저 평가했습니다. 그 후 회귀 모델을 사용하여 종 수준의 특징과 혈당 상태에 따른 군 간 미생물 특성 분포의 차이를 확인했습니다.

연구진은 또한 효소와 생화학적 경로와 같은 지역사회 수준의 미생물 기능과 2형 당뇨병 간의 연관성을 조사하기 위해 코호트별 메타분석을 수행했습니다.

또한, 2형 당뇨병과 관련된 미생물 특징이 부분적으로 합병증으로 인한 것이 아닌지 확인하기 위해 민감한 분석이 수행되었습니다.

이 연구에서는 제2형 당뇨병 환자의 장내 미생물 불균형에서 계통발생학적으로 서로 다른 19종의 미생물이 확인되었습니다. 제2형 당뇨병 환자의 장내 미생물총은 Clostridium bolteae의 함량이 더 높고 Butyrivibrio crossotus의 함량이 더 낮았습니다.

더욱이, 이러한 불균형으로 인해 미생물 군집 수준에서 발생하는 기능적 변화는 포도당 대사 장애 및 2형 당뇨병 병리와 관련이 있는 것으로 나타났습니다.

2형 당뇨병과 관련된 다른 경로로는 미생물 군집 수준의 기능적 변화와 관련된 것으로, 부티르산 발효 감소와 박테리아 면역원성 구조적 구성 요소의 합성 증가가 포함되었습니다.

특정 박테리아 균주에 대한 분석을 실시한 결과, 2형 당뇨병 병리와 장내 미생물 군집 간의 연관성이 종 내에서도 이질성을 보인다는 사실이 밝혀졌습니다.

수평적 유전자 전이, 분기형 아미노산 생합성, 염증 및 산화 스트레스와 관련된 기능 등 균주별 기능이 이러한 이질성에 크게 기여했습니다.

개인 간 2형 당뇨병 위험의 변화는 Eubacterium rectale을 포함한 27종의 장내 미생물 군집의 종 내 다양성과도 관련이 있었으며, 이 종의 경우 집단 수준에서 균주 특이성을 보였습니다.

전반적으로 이 연구는 장내 미생물 군집 불균형이 2형 당뇨병의 발병 기전에서 기능적 역할을 하며, 포도당 대사 및 부티르산 발효와 같은 메커니즘에 직접적으로 관여한다는 것을 보여주었습니다.

또한 연구 결과에 따르면 균주별 기능이 2형 당뇨병 병리와 이질적으로 연관되어 있는 것으로 나타났으며, 장내 미생물 군집이 2형 당뇨병과 연관되는 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다.