몸속 단백질이 부족해지면 장이 뇌에 신호를 보내 고기나 달걀처럼 단백질이 풍부한 음식을 먼저 먹도록 행동을 유도하는 원리가 세계 최초로 밝혀졌다. 기초과학연구원(ibs) 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 서성배 단장 연구팀은 서울대학교·이화여자대학교 공동 연구팀과 함께 초파리와 쥐 실험을 통해 이 원리를 확인했다. 이번 연구는 우리 몸이 단순히 배고픔을 느끼는 것이 아니라 무엇을 먹을지까지 정밀하게 조절한다는 사실을 처음으로 증명했다는 점에서 주목받고 있다.

연구팀은 초파리를 단백질이 부족한 상태에 노출시킨 뒤, 장 상피세포(장을 덮고 있는 세포)가 이를 어떻게 감지하고 뇌에 전달하는지 추적했다. 연구팀은 앞서 2021년 장 상피세포가 단백질 부족을 감지하면 'cnma'라는 펩타이드(작은 단백질 조각)를 분비해 단백질 음식 선호로 이어진다는 것을 밝힌 바 있다. 이번 연구는 그다음 단계인 cnma 신호가 뇌로 전달되는 경로와 특정 영양소를 선택해 먹는 행동 원리를 집중 규명했다.

이번 연구의 핵심 발견은 장이 뇌에 신호를 보내는 경로가 두 가지라는 점이다. 하나는 '빠른 경로'로, 단백질이 부족해지면 장 신경세포가 뇌에 직접 신호를 전달해 단백질이 풍부한 음식을 찾게 만든다. 동시에 cnma는 탄수화물 섭취를 촉진하는 뇌세포의 활동을 억제해, 밥이나 빵보다 고기나 달걀 쪽으로 입맛이 쏠리게 만든다. 다른 하나는 '느린 경로'로, cnma가 혈액을 타고 뇌에 천천히 도달해 단백질 선호 행동을 더 오래, 지속적으로 강화한다. 쥐 실험에서도 같은 원리가 확인됐으며, 기존에 단백질 식욕을 조절한다고 알려진 fgf21 호르몬과는 별개로 작동한다는 점도 새롭게 밝혀졌다.

이번 연구의 핵심은 몸이 단순히 '배가 고프다'는 신호를 넘어 '무엇을 먹을지'까지 선택적으로 조절하는 정밀한 장-뇌 소통 체계를 규명했다는 점이다. 또한 이 원리가 초파리뿐 아니라 포유류에서도 보존된 진화적으로 오래된 시스템임을 보여줌으로써, 비만·대사질환·영양 불균형 치료를 위한 새로운 치료 표적 개발에 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

이번 연구를 이끈 기초과학연구원 서성배 단장은 "이번 연구는 장-뇌 축이 에너지 균형뿐 아니라 영양소 종류의 선택적 섭취까지 정밀하게 조절한다는 것을 보여준다"며 "비만, 대사질환, 영양 불균형 치료를 위한 장-뇌 축 기반 새로운 표적 개발의 기반이 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과(complex interplay of neuronal and hormonal gut-brain responses to essential amino acid deficit: 필수아미노산 결핍에 대한 신경 및 호르몬 장-뇌 반응의 복잡한 상호작용)는 2026년 5월 국제 학술지 '사이언스(science)'에 게재됐다.