정제훈 순천향대 부천병원 신경외과 교수팀이 골다공증 개선에 효과적인 프로바이오틱스 복합균주를 개발했다고 10일 밝혔다.

연구팀은 장내 미생물과 뼈 건강 사이의 밀접한 연관성에 주목해, 폐경기 이후 골다공증이 유발된 동물모델(난소 제거 암쥐)을 활용한 실험을 진행했다. 35마리의 실험쥐를 샴(sham, 대조군), 난소절제군(Ovariectomy, OVX), 난소를 절제한 Limosilactobacillus reuteri MGE 3301(LR) 단일균주 투여군, 난소를 절제한 Weissella cibaria MGE 3110(WC) 단일균주 투여군, 난소를 절제한 LR/WC 복합균주 투여군 등 5개군으로 나눠 16주간 실험을 진행했다. 

그 결과, 난소절제 LR/WC 투여군은 난소절제군(비투여) 대비 뼈 밀도와 구조 개선에 긍정적인 효과를 보였다. 마이크로-CT 분석, 조직염색, 혈액 바이오마커 분석 등에서도 골다공증 개선 효과가 뚜렷하게 나타났다.

구체적으로 골밀도(+54.2%), 골용적률(+24.8%), 해면골 두께(+13.6%), 해면골 개수(+20%)가 유의미하게 개선되었고, 해면골 분리(trabecular separation)는 감소했다(-8.1%; p  < 0.05). </p>

골수 RT-qPCR 분석 결과, LR/WC는 파골세포 생성 매개체를 억제하는 것으로 나타났다(RANKL: -1.35배; TNF-α: -2.5배; IL-6: -1.9배). 반면 골보호성 골보호인자(osteoprotegerin) 발현은 증가시켰다(+3.14배; p  < 0.05). </p>

혈청 분석 결과, OVX/LR/WC 쥐는 OVX 쥐에 비해 CTX-I 수치가 감소했고(-38.9%), 칼슘 수치는 증가했다(+30.8%, p  < 0.05)., 이는 골 흡수가 억제되고 미네랄 항상성이 향상되었음을 시사한다.</p>

이러한 결과는 LR/WC 프로바이오틱스 보충이 골교체 지표(골흡수세포의 분화 및 활성을 촉진, RANKL)와 염증성 사이토카인을 조절(억제)함으로써 OVX로 유발되는 골 손실을 완화함을 보여준다. 

특히 동일한 양의 단일 균주를 투여했을 때보다 복합 균주를 투여했을 때 더 뛰어난 효과가 확인돼, 서로 다른 작용 기전을 가진 균주 간의 시너지 효과가 큰 것으로 분석됐다.   정제훈 순천향대 부천병원 신경외과 교수(왼쪽), 문기성 국립한국교통대 미생물유전공학 교수정제훈 교수는 논문에서 “이번 연구는 골다공증 동물모델에서 LR 및 WC 복합제의 효과를 평가한 최초의 연구로, 골다공증 보조 치료제로서의 가능성을 시사한다”며 “다만 사람에서의 투여량이 정의되지 않았고 프로바이오틱스의 장기 안전성이 평가되지 않았기 때문에 향후 인체 대상 임상시험에서는 효능을 검증하고, 기전(예: 장-골 축 상호작용)을 규명하고, 폐경 후 여성에서 안전성을 평가하여 치료적 적용 가능성을 높여야 한다”고 말했다. 

장-골 축 상호작용(gut-bone axis interaction)은 장내 미생물총이 골격계에 미치는 영향을 말한다. 연구팀은 장내 마이크로바이옴 분석을 통해 보다 정밀한 메커니즘을 규명하는 후속 연구를 진행 중이다. 

이번 연구는 문기성 국립한국교통대 미생물유전공학 담당 교수팀과 공동으로 수행됐다. 교육부 대학중점연구소지원사업, 과학기술정보통신부 기초연구지원사업, 순천향대 연구비 등의 지원을 받아 진행됐다.

연구 결과는 세계적 과학 학술지 ‘네이처(Nature)’의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports, IF=3.8)’에 지난 5월 27일 ‘Anti-osteoporotic potential of a probiotic mixture containing Limosilactobacillus reuteri and Weissella cibaria in ovariectomized rats’라는 논문으로 게재됐다. 관련 기술은 국내 특허출원이 이뤄졌으며, 산업체 기술이전도 추진 중이다.