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식이섬유 식품의 섭취는 장내 세균의 건강한 발효를 활성화하여 제2형 만성 당뇨 환자에게 매우 효과적임이 과학적으로 증명되었다.

Zhao L, Zhang F, Ding X, Wu G, Lam YY, Wang X, Fu H, Xue X, Lu C, Ma J, Yu L, Xu C, Ren Z, Xu Y, Xu S, Shen H, Zhu X, Shi Y, Shen Q, Dong W, Liu R, Ling Y, Zeng Y, Wang X, Zhang Q, Wang J, Wang L, Wu Y, Zeng B, Wei H, Zhang M, Peng Y, Zhang C. Gut bacteria selectively promoted by dietary fibers alleviate type 2 diabetes. Science. 2018 Mar 9;359(6380):1151-6. doi: 10.1126/science.aao5774.

개방 표지식 (open-label), 평행 그룹식 (parallel-group), 무작위배정 (randomized) 비교임상연구

제2형 만성 당뇨 환자에게 정제하지 않은 곡물, 한약, 프리바이오틱스를 섞은 식이를 약 두 달간 복용시켰을 때 중국당뇨학회 권장 당뇨 환자식을 섭취한 환자들에 비해 당뇨 지표들이 좋아지는지, 그리고 단쇄 (short chain)지방산을 생성하는 장내 세균총의 변화가 있는지를 실험적으로 평가하기 위함.

혈당 색소 6.5% 이상 12% 이하, 35세에서 70세 사이의 중국 한족 출신, 제2형 당뇨 환자 43명 대상

정제하지 않은 곡물, 한약, 프리바이오틱스를 혼합한 식이 복용 환자군 (27명)

중국당뇨학회 권장 당뇨 치료 식이 + 식생활 교육 처치 환자군 (16명)

정제되지 않은 식이섬유나 한약, 프리바이오틱스의 섭취는 장내에서 단쇄 (short chain)지방산을 생산하는 장내 세균을 활성화시켜 제2형 당뇨병과 같은 대사 질환을 예방하거나 개선시킬 수 있다. 이들 장내 세균총에 의해 장내에서 생산되는 단쇄지방산들은 이들의 숙주인 사람에게 건강한 삶을 줄 수 있는 'ecosystem service'로서의 역할을 수행한다.

야채나 정제되지 않은 곡물과 같은 식이섬유가 각종 대사성 질환에 유익하다는 것은 예전부터 잘 알려져 왔으나 이 효과는 장내 세균총의 밸런스 조절에 의한 것이다. 본 연구에서는 2형 당뇨 만성 환자들을 대상으로 임상시험을 시행하였으며 이와 함께 시험용 식이 처치 전후에 이들의 분변을 이식한 무균 마우스에서의 shotgun metagenomic sequencing을 통해 장내 세균총의 효과를 보여주었다.
당뇨 환자군은 정제하지 않은 곡물과 한약, 프리바이오틱스를 혼합한 시험 식이를 섭취하였으며 혈당 색소 (HbA1c)는 섭취 시간이 증가함에 따라 비례적으로 대조군에 비해 현저히 감소되었고 공복 혈당과 식후 혈당 수치에 대한 효과는 섭취 초기 (총 84일 중 28일차)에 현저하게 감소되었다. 시험 식이와 대조군 식이 복용 전후의 분변을 무균 마우스에 이식하여 분석한 결과 양쪽 식이를 두 달간 섭취한 후의 분변을 이식한 마우스의 혈당 지표가 호전되었으며 시험 식이 처치 후가 가장 좋은 결과를 나타냈다.
이 시험으로 결국 시험 식이에 의한 당뇨 환자 혈당 지표의 호전은 장내 미생물에 의한 것이라는 것을 알 수 있었다. 따라서 당뇨 환자에게 시험 식이를 투여하고 0, 28, 56, 84일 경과 시점에서 채취한 분변 샘플을 이용하여 메타게노믹 유전자 분석을 통해 장내 세균총 (마이크로비옴)의 분포를 조사하였으며 기존의 이론과는 달리 치료군의 분변에서 유의할 만한 gene richness (장내 세균 종류 또는 다양성을 대변하는 지표)의 증가를 발견하지는 못했으나 녹말과 이눌린 등 특정 탄수화물 대사 관련 효소 유전자 (carbohydrate-active enzyme–encoding genes)의 다양성은 증가하였다. 즉 식이섬유가 전체적인 장내 미생물총의 다양성보다는 특정 기능과 관련된 미생물총의 다양성에 미친 영향이 더 중요하다는 점을 암시한다.
이 연구에서는 특히 섭취된 탄수화물을 발효하여 acetic acid나 butyric acid와 같은 단쇄지방산을 생산하는 미생물의 다양성이 양쪽 식이 섭취 모두에서 크게 증가하였음이 관찰되었다. 기존의 알려진 미생물 genome data와의 비교 분석을 통해 고식이섬유를 함유하는 시험 식이를 먹인 환자 분변에서 15개의 단쇄지방산을 생산하는 균주들이 섭취 후 28일째에 최고치를 찍으며 크게 증가하였음이 나타났다. 예상과는 달리 소수의 그룹이기는 하지만 다양한 발효성 탄수화물을 함유하고 있는 식이섬유에 의해 활성화되는 이들 15종의 단쇄지방산 생산 균주들은 계통분류학적으로 서로 간에 연관성이 크지는 않지만 장내의 건강한 환경을 유지하고 당뇨 환자의 장내에 부족한 단쇄지방산을 보충해줌으로써 증상을 개선시키는 동일한 목적을 수행하는 일종의 협동조합 (guild)과 같은 역할을 수행하고 있는 것으로 볼 수 있다.