케톤 β-하이드록시부티레이트는 고지방 식단 중 기억과 시냅스를 회복합니다.

로키오 로하스 박사가 이끄는 스페인의 과학자들은 분자대사(Molecular Metabolism) 에 대규모 연구를 발표했는데, 이 연구에서는 β-하이드록시뷰티레이트(BHB)가 포화지방이 풍부한 식단이 쥐의 시냅스와 인지 기능에 미치는 신경퇴행성 효과를 완전히 차단한다는 것을 보여주었습니다.

왜 이것이 중요한가요?

팔미트산(대부분의 동물성 지방과 일부 식물성 기름의 주요 포화지방) 함량이 높은 식단은 오랫동안 기억력 저하 및 시냅스 가소성 감소와 관련이 있는 것으로 알려져 왔습니다. 한편, 단식이나 케토제닉 식단 중 생성되는 주요 케톤 대사산물인 BHB는 뉴런의 대체 에너지원으로 작용하며 항염증 및 후성유전학적 효과로 알려져 있습니다.

방법 및 실험 설계

1. 대뇌피질 뉴런 배양

   • 마우스 신경 세포를 200 µM 팔미트산과 함께 배양한 결과, 세포막에 있는 AMPA GluA1 수용체의 밀도가 감소하고 시냅스 전달이 억제되었습니다.

   • 동시에 5 mM BHB를 배양액에 첨가했습니다. 과학자들은 BHB가 GluA1 발현을 단독으로 증가시킬 뿐만 아니라 팔미트산의 유해한 효과를 완전히 중화시킨다는 것을 발견했습니다.

2. 해마 단면

   • 살아있는 뇌 절편에서 시냅스의 전기생리학적 매개변수를 평가했습니다. 팔미트산은 시냅스 가소성의 지표인 진폭과 장기강화(LTP)를 모두 감소시켰습니다. BHB를 배지에 첨가하자 이러한 매개변수가 초기 수준으로 돌아왔습니다.

3. 동물 행동 테스트

   • 한 무리의 쥐들에게 2개월 동안 칼로리의 49%를 포화지방으로 섭취하는 식단을 제공했습니다. 대조군에는 표준 식단을 제공했습니다.

   • 모리스 미로에서 기억력을 측정했습니다. 고지방 식단은 플랫폼 탐색 시간을 단축시켰지만, BHB(100mg/kg)를 매일 경구 투여한 결과, 대조군 동물 수준으로 기억이 완전히 회복되었습니다.

분자 메커니즘

• 에너지 대사: BHB는 ATP를 생성하는 신경 세포의 경로를 포도당 의존 경로에서 케톤 의존 경로로 전환하여 지방 활용 중 과도한 활성 산소 생성을 줄입니다.
• 항염 효과: BHB는 NLRP3 인플라마좀 활성화를 억제하여 염증성 사이토카인의 방출을 줄이고 신경 세포를 2차 염증 손상으로부터 보호합니다.
• 후성유전학적 조절: BHB는 히스톤 탈아세틸화효소(HDAC)의 자연적 억제제 역할을 하며, 이는 히스톤 단백질의 아세틸화를 증가시키고 시냅스 리모델링과 신경 보호를 담당하는 유전자의 전사를 증가시킵니다.

임상 적용 가능성

저자들은 BHB가 건강에 해로운 식단을 섭취하거나 비만 및 대사 증후군을 겪는 사람들에게 유망한 신경 보호제가 될 수 있다고 강조합니다. 추가 연구를 통해 다음 사항을 밝혀야 합니다.

• 인간에 대한 BHB의 최적 복용량 및 투여
• 섭취 기간 및 안전성 - 심혈관 또는 신장 질환이 있는 환자의 케톤성 스트레스를 피하기 위함입니다.
• 향상된 생물학적 이용가능성을 지닌 안정적인 BHB 유사체 합성 가능성.

로하스 박사는 "우리의 연구는 BHB가 에너지 부족을 보상할 뿐만 아니라 주요 시냅스 전달 분자를 직접 회복시켜 지방 손상으로부터 기억을 보호한다는 것을 보여줍니다."라고 결론지었습니다.

이 연구는 포화지방이 많고 인지기능 저하가 느린 현대식 식단에서도 뇌를 보호할 수 있는 새로운 건강기능식품과 약물 개발의 문을 열어줍니다.