[비만] 과당섭취가 비만에 미치는 영향

8월에 nature지에 발표된 임상 전 연구에 따르면 과당 과섭취가 소화관 세포의 변형을 일으켜 영양소 흡수를 증가시킨다고 한다. 이 연구가 전세계의 과당 소비 증가, 비만률 증가, 특정 암 사이에 알려져 있는 연관성을 설명하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

융모는 장의 표면을 확장해서 몸이 섭취한 음식이 소화관을 통과할 때 지방을 포함한 영양소를 흡수하도록 돕는다. 연구 따르면, 과당이 포함된 먹이를 먹은 쥐는 그렇지 않은 쥐보다 25~40% 긴 융모를 갖게 된다고 한다. 길어진 융모는 영양 흡수율 증가, 체중 증가, 지방 축적 등 영향을 미친다.

 

 

과당은 자연계에 널리 분포하며, 대부분 과즙과 벌꿀의 액상 성분에 들어있으며, 구조적으로 포도당과 같은 당류와는 대사 방식이 다르다. 과당의 1차 대사물은 융모가 길어지게 하는데 관여하고 대장암의 성장과도 관련이 있다고 한다. 

2019년에 발표된 팀의 이전 연구에서, 과당 섭취가 직장암 쥐실험 모델에서 암의 사이즈를 증가시키는 것이 확인되었고,반대로 과당의 대사를 억제하는 경우는 이런 현상이 일어나지 않았다. 과당이 소장에서 세포의 이상 증식을 촉진하는 것으로 보인다.

 

 

융모의 길이가 길어지면 기능이 어떻게 바뀔까?

 

연구진은 쥐를 다음과 같이 세그룹으로 나누었다 : 

지방을 적게 먹는 정상 식이군 , 고지방 식이군, 과당 + 고지방 식이군  

세번째 과당+고지방 식이군은 융모의 길이가 길어졌을 뿐만 아니라, 과당 없이 고지방 식이를 한 쥐보다도 더욱 비만 해졌다. 연구진은 이들의 대사 변화를 관찰하던 중 과당의 특별한 대사체인 fructose-1-phosphate가 다량 축적되어 있는 것을 발견하였다. 이 대사물은 pyruvate kinase라불리는 포도당 대사효소와 만나면 세포 대사를 바꾸고 생존을 위해 융모가 길어지게 한다. Pyruvate kinase를 제거했을 때에는 과당이 융모길이에 영향을 미치지 않았다. 이전 동물 실험 결과에서도 과당의 대사체가 암의 성장을 돕는 결과를 냈었다. 

온대기후를 가진 지역에서 특히 동면을 하는 포유류에게 과일이 익는 가을에 과당 섭취는 매우 유용하다. 과당을 다량 섭취해서 더 많은 영양소를 지방으로 전환시켜 겨울을 이겨낼 힘을 축적할 수 있게 하는 것이다. 이에 반해, 사람은 현재 우리가 먹고 있는 것을 먹도록 진화해 오지 않았다. 과당은 현재 식단에 널려 있는데, 액상과당, 각설탕 또는 과일과 같은 천연식품에 들어있다. 과당 자체로는 해롭지 않지만, 과섭취가 문제다. 우리 몸은 현재 우리가 섭취하고 있는 것만큼 많은 양을 처리하도록 디자인되어 있지 않다. 

따라서, 다이어어트와 건강을 위해서는 액상과당이 많이 들어 있는 설탕커피, 아이스크림, 탄산 음료, 각종 음료의 섭취를 피해야 한다. 특히, 단음료에서 사용되는 액상과당은 설탕보다 과당의 비율이 더욱 높다. 과당은 포도당과 달리 에너지로 활용되지 않고, 간에서 중성지방을 만드는데 쓰이기도 한다. 

설탕 : 포도당 50%, 과당 50% 

액상과당 : 포도당 45%, 과당 55%

 

 

과당 과섭취시 장의 변화 

 

[그림] Fructose-mediated gut changes.

 

장에서 흡수된 영양소는 villus(융모)라고 불리는 장의 돌출부위에 있는 세포를 통과한 후 혈액으로 들어간다. 융모의 끝부분에 위치한 세포는 산소의 접근이 제한적이어서 hypoxia상태이며, 에너지 고갈이나 산화적 스트레스 등으로 인해 죽는다.

연구진에 따르면, high-fructose corn syrup (HFCS)을 먹은 쥐는 그렇지 않는 쥐와 비교했을 때 융모의 길이가 길어지고 혈중 지질의 농도가 상승했다. 융모가 길어지는 현상은 과당에 의해 촉발된 변화를 통해 hypoxic cells의 생존률을 중가시키기 위한 것으로 보인다. 

HCFS에 들어있는 glucose는 대사되어 두개의 인산기 (빨간색 동그라미)를 갖게 되며 fructose 1,6-bisphosphate (F1,6-BP) 분자를 생성한다. F1,6-BP는 주로 효소 PKM2의 고활성 4단량체 형성을 돕게 되는데, 대사 경로에서 이 효소의 기능을 glycolysis라고 부른다.

HFCS에 있는 fructose는 GLUT5 transporter를 통해 세포안으로 들어오게 되며, ketohexokinase효소에 의해 fructose 1-phosphate (F1-P)로 전환되는데, F 1,6-BP와 구조적으로 매우 유사합니다.

F 1,6-BP와는 대조적으로 F 1-P는 PKM2 서브 유닛을 해체해서 활성형인 PKM2 tetramers를 활성도가 낮은 PKM2 monomers 비율을 높입니다. PKM2 monomers는 저산소 상태의 융모세포를 살리기 위해 산화적 스트레스를 막고 에너지를 유지하는데 도움이 되는 유전자의 발현을 유도합니다.

 

 

Dietary fructose improves intestinal cell survival and nutrient absorption.

Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-03827-2

 

 

 

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