고지방 식단은 세포의 대사 기능 장애를 유발하여 체중 증가로 이어집니다.

고지방 식단을 섭취하면 다양한 건강 문제가 발생할 수 있습니다. 체중 증가뿐만 아니라 당뇨병 및 기타 만성 질환의 위험도 증가합니다.

세포 수준에서는 고지방 식단에 반응하여 수백 가지의 변화가 일어납니다. MIT 연구진은 체중 증가와 관련된 대사 효소 조절 장애에 초점을 맞춰 이러한 변화 중 일부를 분석했습니다.

쥐를 대상으로 실시한 연구에 따르면, 고지방 식단은 당, 지질, 단백질 대사에 관여하는 수백 가지 효소에 영향을 미치며, 이러한 효소의 기능 장애가 인슐린 저항성 증가와 활성산소종이라는 유해 분자의 축적으로 이어진다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 영향은 수컷에서 암컷보다 더 두드러졌습니다.

연구자들은 또한 쥐에게 고지방 식단과 함께 항산화제를 제공하면 대부분의 손상을 되돌릴 수 있다는 것을 보여주었습니다.

"대사 스트레스 조건에서 효소는 영향을 받아 원래 상태보다 더 해로운 상태를 만들어낼 수 있습니다."라고 MIT 전 박사후연구원인 티기스트 타미르는 말합니다. "그런데 항산화 연구를 통해 효소를 기능 장애가 덜한 다른 상태로 바꿀 수 있다는 것을 보여주었습니다."

현재 노스캐롤라이나 대학교 채플힐 의과대학 생화학 및 생물물리학 조교수인 타미르는 오늘 Molecular Cell 에 게재된 새로운 연구의 주저자입니다 . MIT 코흐 통합 암 연구소 회원이자 생물공학과 네드 C. 및 재닛 C. 라이스 교수인 포레스트 화이트는 이 논문의 선임 저자입니다.

대사 네트워크

이전 연구에서 화이트 연구실은 고지방 식단이 만성 스트레스와 관련된 여러 신호 전달 경로를 활성화하도록 세포를 자극한다는 사실을 발견했습니다. 이번 새로운 연구에서 연구진은 이러한 반응에서 효소 인산화의 역할을 탐구하고자 했습니다.

인산화, 즉 인산기의 첨가는 효소의 활성을 켜거나 끌 수 있습니다. 키나제라는 효소에 의해 제어되는 이 과정은 세포 내 기존 효소의 활성을 미세하게 조절하여 세포가 환경 조건에 빠르게 반응할 수 있도록 합니다.

신진대사(음식을 단백질, 지질, 핵산 등의 핵심 분자의 구성 요소로 전환하는 과정)에 관여하는 많은 효소가 인산화되는 것으로 알려져 있습니다.

연구진은 인산화될 수 있는 인간 효소 데이터베이스를 분석하는 것으로 시작했는데, 특히 대사에 관여하는 효소에 초점을 맞췄습니다. 그 결과, 인산화되는 대사 효소 중 상당수가 산화환원효소라는 효소군에 속한다는 것을 발견했습니다. 산화환원효소는 한 분자에서 다른 분자로 전자를 전달하는 효소입니다. 이러한 효소는 포도당을 피루브산이라는 더 작은 분자로 분해하는 해당작용과 같은 대사 반응에 핵심적인 역할을 합니다.

연구진이 발견한 수백 개의 효소 중에는 당을 분해하여 에너지를 생성하는 IDH1과 지방산 대사에 필요한 AKR1C1이 있습니다. 또한, 연구진은 많은 인산화 효소가 활성산소(ROS)를 조절하는 데 중요하다는 사실을 발견했습니다. 활성산소는 여러 세포 기능에 필수적이지만, 세포 내에 너무 많이 축적되면 해로울 수 있습니다.

이러한 효소의 인산화는 음식 섭취에 반응하기 위해 함께 작용하기 때문에 효소의 활성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다. 이 연구에서 확인된 대부분의 대사 효소는 효소가 작용하는 분자에 결합하거나 이합체(기능성 효소를 형성하기 위해 결합하는 단백질 쌍)를 형성하는 데 중요한 효소 영역에서 발견되는 부위에서 인산화됩니다.

"티기스트의 연구는 대사 네트워크의 흐름을 제어하는 ​​데 있어 인산화의 중요성을 명확하게 보여주었습니다. 이는 그녀가 수행한 이 체계적인 연구를 통해 도출된 근본적인 지식이며, 생화학 교과서에는 고전적으로 다루어지지 않는 내용입니다."라고 화이트는 말합니다.

균형이 맞지 않음

동물 모델에서 이러한 효과를 알아보기 위해 연구진은 고지방 식이를 섭취한 생쥐와 일반 식이를 섭취한 생쥐 두 그룹을 비교했습니다. 연구진은 전반적으로 대사 효소의 인산화가 세포 기능 장애를 유발하여 산화환원 불균형을 초래한다는 것을 발견했습니다. 즉, 세포가 중화할 수 있는 것보다 더 많은 활성 산소를 생성한다는 것을 의미합니다. 이러한 생쥐들은 또한 과체중이 되었고 인슐린 저항성이 나타났습니다.

화이트 박사는 "지속적으로 고지방 식단을 섭취할 경우 산화환원 항상성에서 점차 질병과 유사한 상태로 변화하는 것을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다.

이러한 효과는 수컷 생쥐에서 암컷 생쥐보다 훨씬 더 두드러졌습니다. 연구진은 암컷 생쥐가 지방을 처리하고 다른 용도로 대사하는 데 관여하는 경로를 활성화하여 고지방 식단을 더 잘 보상할 수 있다는 것을 발견했습니다.

"우리가 알아낸 것 중 하나는 이러한 인산화 과정의 전반적인 전신적 영향이, 특히 수컷의 경우, 산화환원 항상성의 불균형을 심화시킨다는 것입니다. 수컷은 암컷에 비해 훨씬 더 많은 스트레스와 대사 기능 장애 표현형을 나타냈습니다."라고 타미르는 말합니다.

연구진은 또한 고지방 식단을 섭취한 쥐에게 BHA라는 항산화제를 투여했을 때 이러한 효과의 상당 부분이 역전되었음을 발견했습니다. 이 쥐들은 체중 증가가 유의미하게 감소했고, 고지방 식단을 섭취한 다른 쥐들과 달리 당뇨병 전단계에 이르지 않았습니다.

연구진은 항산화제 치료가 세포를 더 균형 잡힌 상태로 되돌려 활성 산소가 감소하는 것으로 보인다고 밝혔습니다. 또한, 해당 생쥐에서 대사 효소의 전신적 재배선과 인산화 상태 변화가 관찰되었습니다.

"생쥐들은 대사 기능 장애를 많이 겪고 있지만, 이를 상쇄하는 약물을 함께 투여하면 어느 정도 정상 상태를 유지할 수 있는 충분한 예비력을 갖게 됩니다."라고 타미르는 말합니다. "이 연구는 세포 내에서 생화학적으로 어떤 작용이 일어나 다른 상태로 전환된다는 것을 시사합니다. 정상적인 상태가 아니라, 조직과 유기체 수준에서 쥐들이 더 건강해진 다른 상태로 전환되는 것이죠."

타미르는 노스캐롤라이나 대학의 새로운 연구실에서 항산화 치료가 비만 관련 대사 기능 장애를 예방하거나 치료하는 효과적인 방법이 될 수 있는지, 그리고 그러한 치료의 최적 시기가 언제인지에 대해 추가로 연구할 계획입니다.

이 연구는 버로우즈 웰컴 기금, 미국 국립암연구소, 미국 국립보건원, MIT의 루드윅 센터, MIT 정밀암의학 센터의 지원으로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250528131843.htm