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저칼로리 다이어트와 간헐적 단식은 수많은 건강상의 이점이 있는 것으로 나타났습니다: 그들은 일부 노화 관련 질병의 발병을 지연시키고 인간뿐만 아니라 다른 많은 유기체의 수명을 연장할 수 있습니다.
이 현상의 기저에는 많은 복잡한 메커니즘이 있습니다. MIT의 이전 연구에 따르면 단식이 유익한 효과를 발휘하는 한 가지 방법은 장이 부상이나 염증으로부터 회복하는 데 도움이 되는 장 줄기세포의 재생 능력을 향상시키는 것입니다.
생쥐의 연구에서 MIT 연구원들은 생쥐가 단식 후 "재음식공급"을 시작하면 활성화되는 이 향상된 재생을 가능하게 하는 경로를 확인했습니다. 그들은 또한 이 재생의 단점을 발견했습니다. 재생기간 동안 암 돌연변이가 발생했을 때, 쥐는 초기 단계의 장 종양이 발생할 가능성이 더 높았습니다.
일마즈는 단식이 인간에게도 비슷한 영향을 미치는지에 대한 결론을 내리기 전에 더 많은 연구가 필요하다고 덧붙였습니다.
"우리는 아직도 배워야 할 것이 많지만, 돌연변이 유발 물질에 노출될 때 단식 상태나 재음식공급 상태에 있는 것이 이러한 잘 정의된 마우스 모델에서 암 발병 가능성에 깊은 영향을 미칠 수 있다는 것은 흥미롭습니다."
MIT 박사후 연구원인 신야 이마다(Shinya Imada)와 살레 카왈레드(Saleh Khawaled)는 네이처(Nature)에 게재될 논문의 주요 저자입니다.
재생의 원동력
몇 년 동안 Yilmaz의 연구실은 단식과 저칼로리 식단이 장 건강에 어떤 영향을 미치는지 조사해 왔습니다. 2018년 연구에서 그의 팀은 장내 줄기세포가 단식 중에 탄수화물 대신 지질을 에너지원으로 사용하기 시작한다고 보고했습니다. 그들은 또한 단식이 줄기세포의 재생 능력에 상당한 향상으로 이어진다는 것을 보여주었습니다.
그러나 풀리지 않은 의문이 남아 있었습니다.
단식은 어떻게 재생 능력의 향상을 촉발하며, 재생은 언제 시작되는가?
"그 논문 이후로, 우리는 재생을 이끄는 단식이 무엇인지 이해하는 데 정말로 집중해 왔습니다"라고 Yilmaz는 말합니다. "재생을 이끄는 것은 단식 그 자체인가, 아니면 단식 후에 먹는 것인가?"
그들의 새로운 연구에서, 연구원들은 줄기세포 재생이 단식 동안에는 억제되었다가 재음식공급 기간 동안 급증한다는 것을 발견했습니다. 연구진은 세 그룹의 쥐를 추적했는데, 한 그룹은 24시간 동안 금식한 쥐, 다른 한 그룹은 24시간 동안 금식한 후 24시간 동안 원하는 것을 먹을 수 있게 한 쥐, 그리고 실험 내내 원하는 것은 무엇이든 먹은 대조군을 추적했습니다.
연구진은 장내 줄기세포의 증식 능력을 서로 다른 시점에 분석한 결과, 줄기세포가 24시간의 재음식공급 기간이 끝날 때 가장 높은 증식 수준을 보였다는 사실을 발견했다. 이 세포는 또한 전혀 단식하지 않은 쥐의 장 줄기 세포보다 더 증식했습니다.
"우리는 단식과 보충이 두 가지 별개의 상태를 나타낸다고 생각합니다"라고 Imada는 말합니다.
"공복 상태에서는 세포가 지질과 지방산을 에너지원으로 사용할 수 있는 능력으로 영양분이 부족할 때 생존할 수 있습니다. 그리고 실제로 재생을 이끄는 것은 단식 후의 재공급 상태입니다. 영양소를 이용할 수 있게 되면, 이러한 줄기세포와 전구 세포는 세포 질량을 형성하고 장 내벽을 다시 채울 수 있게 하는 프로그램을 활성화합니다."
추가 연구에 따르면 이러한 세포는 세포 성장과 신진대사에 관여하는 mTOR로 알려진 세포 신호 전달 경로를 활성화합니다. mTOR의 역할 중 하나는 전령 RNA가 단백질로 번역되는 것을 조절하여 활성화될 때 세포가 더 많은 단백질을 생산하도록 하는 것입니다. 이 단백질 합성은 줄기세포가 증식하는 데 필수적입니다.
연구진은 이러한 줄기 세포에서 mTOR 활성화가 세포의 성장과 분열을 돕는 작은 분자인 폴리아민을 대량으로 생산하게 한다는 것을 보여주었습니다.
"재음식공급 상태에서는 더 많은 증식이 일어나고 세포 질량을 키워야 합니다. 이를 위해서는 새로운 세포를 만들기 위해 더 많은 단백질이 필요하며, 이러한 줄기세포는 장 내벽을 이루는 더 분화된 세포 또는 특화된 장 세포 유형을 구축합니다"라고 Khawaled는 말합니다.
좋은 것이 너무 많다
연구진은 또한 줄기세포가 이처럼 고도로 재생되는 상태에 있을 때, 암으로 발전하기 더 쉽다는 것을 발견했습니다. 장 줄기세포는 신체에서 가장 활발하게 분열하는 세포 중 하나로, 5일에서 10일마다 장 내벽이 완전히 바뀌는 데 도움을 줍니다. 이 줄기세포는 분열을 자주 하기 때문에 장에서 가장 흔한 전암성 세포의 공급원입니다.
이 연구에서 연구진은 재음식공급 단계에서 쥐에서 암을 유발하는 유전자를 켜면 공복 상태에서 유전자가 켜졌을 때보다 전암성 용종이 발생할 가능성이 훨씬 더 높다는 것을 발견했습니다. 재음식공급 상태에서 발생한 암 관련 돌연변이는 또한 단식과 재수유의 주기를 거치지 않은 마우스에서 발생한 돌연변이보다 용종을 생성할 가능성이 훨씬 더 높았습니다.
"나는 이 모든 것이 매우 잘 정의된 암 돌연변이를 사용하여 쥐에서 이루어졌다는 것을 강조하고 싶습니다. 인간의 경우 훨씬 더 복잡한 상태가 될 것입니다"라고 Yilmaz는 말합니다.
"그러나 그것은 우리를 다음과 같은 개념으로 이끕니다. 단식은 매우 건강하게 하지만, 만약 당신이 운이 나빠서 단식 후에 다시 음식을 먹게 된다면, 그리고 만약 당신이 탄 스테이크 같은 것에 노출된다면, 당신은 실제로 암을 일으킬 수 있는 병변이 생길 가능성을 높일 수 있습니다."
일마즈는 또한 장 내벽을 손상시키거나 다른 유형의 장 손상을 입을 수 있는 방사선 치료를 받는 사람들에게 단식의 재생 효과가 중요할 수 있다고 언급했습니다. 그의 실험실은 지금 폴리아민 보충교재가 단식하는 필요 없이 재생의 이 종류를, 자극하는 것을 도울 수 있었다는 것을 공부하고 있습니다.
이상의 기사는 2024년 8월 21일 MedicalXpress에 게재된 “Study reveals the benefits and downside of fasting”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Study reveals the benefits and downside of fasting (medicalxpress.com)
* 추가정보 출처 : Short-term post-fast refeeding enhances intestinal stemness via polyamines | Nature
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