갱년기 여성 건강을 위한 프로바이오틱스 개발

안녕하십니까? 한국식품연구원 김윤태입니다.

저희 갱년기 여성의 건강을 위한 프로바이오틱스 개발 연구내용에 대해 말씀드리겠습니다.

발표내용은 기술개발 배경, 기술개발 경위, 그리고 연구결과, 추가연구계획 등의 순으로 말씀드리겠습니다.

'마이크로바이옴(microbiome)'이라고 하면 미생물군 유전체로서 마이크로바이탈, 즉 장내 세균층에 포함되어 있는 유전자 정보를 말합니다.

이런 장내 미생물 관련 연구들은 최근 들어 '사이언스', '네이처', '셀'지 등 다양한 논문에 발표가 되고 있으며, 특히 2011년과 2013년에 사이언스지가 선정한 올해의 10대 연구성과로 발표되기도 하였습니다.

그래서 우리가 음식을 섭취하게 되면 이런 장내 미생물에 의해서 에너지를 형성하는데 도움을 주고요. 필수 비타민 등을 생성하는데도 도움이 됩니다.

또한, 면역조절 기능이 있고요. 그리고 우리 몸에 pathogen이나 이런 것들이 침범했을 때 이런 것들을 protection 하는 effect가 있습니다.

그래서 질환과 관련된 여러 가지 연구들이 있었는데, 그중에 좀 재미난 연구 결과가 2006년 네이처지에 발표된 내용인데요. 일란성 쌍둥이가 있습니다. 일란성 쌍둥이인데도 불구하고 여러 가지 환경조건이나 여러 가지에 의해서 뚱뚱한 사람과 마른 사람이 있었는데요. 마른 사람... 뚱뚱한 사람으로부터 장내 미생물을 이식한, 이식 받은 쥐는 뚱뚱한 쥐가 되게 되고, 마른 사람으로부터 이식한 장내 미생물을 이식 받은 쥐는 마른 쥐가 되는 이런 연구 결과를 발표했고, 이후에 제2형 당뇨병에서의 효능 그리고 대장암에서의 바이오마커(bio-marker)로 쓸 수 있는 그런 연구들이 보고가 됐습니다.

뿐만 아니라 류마티스 관절염이나 뇌신경 발달과 관련된 연구들에서도 이렇게 장내 미생물이 관여를 하고 조절한다는 연구 결과들이 계속 발표가 되고 있습니다.

여성 갱년기에 대해서 잠시 말씀을 드리면, 갱년기의 정의는 의학적으로 여성의 생식기능이 소실하는 징후로 나타나는 월경폐지의 시기입니다. 주로 45~55세 사이에 나타나고요. 우리나라 여성 평균 폐경 연령은 점점 낮아지고 있습니다. 점점, 지금 현재 '100세 시대에 도래하고 있다.'라고 얘기들 많이 하고 계신데 이런 측면에서 봤을 때는 갱년기 이후의 삶이 여성 같은 경우에는 본인의 삶에 절반 이상을 차지하는 경우가 생기게 됩니다. 그래서 슬기롭게 갱년기를 대처하는 것이 굉장히 중요하고요.

주요 원인으로서는 성호르몬의 분비 감소, 즉 에스트로겐이나 프로게스테론의 분비 감소에 의한 영향이 되겠습니다.

폐경이 되게 되면 이러한 호르몬 변화에 의해서 여러 가지 신체적 변화가 발생하게 되고, 폐경기 여성 중 약 75%가 이러한 대표적 증상을 경험한다고 합니다.

그래서 주로 나타나는, 갱년기 초기에 나타나는 것이 안면홍조, 얼굴이 빨개지고 화끈거리는 안면홍조라든지 건망증, 그리고 땀이 많이 나는... 덥거나 춥고, 땀이 많이 나게 되는 이런 발한, 그다음에 우울감에 좀 빠지게 되고요. 우울증이 생기기도 하고, 이런 것 때문에 수면장애라든지 심계항진, 또한 뼈·근육 통증 등이 발생하게 됩니다. 뿐만 아니라 시간이 지남에 따라서 골밀도가 점차 감소되면서 골다공증이 발생하기도 하죠.

갱년기와 프로바이오틱스 시장에 대해서 간단히 말씀드리겠습니다.

국내 갱년기 시장도 점점 증가하고 있는데요. 갱년기 관리, 아까 말씀드린 것처럼 갱년기 관리의 중요성이 인지되면서 시장이 점점 확대될 것으로 전망이 됩니다. 하지만 2015년에 백수오 사건이 발생하면서 이러한 부정적인 인식을 개선할 수 있는 대체재가 필요한 상황이고요.

전 세계적으로 보았을 때는 갱년기 증상 치료에 사용되는 이런 호르몬 대체요법이나 선택적 에스트로겐 수용체 조절제는 관련된 부작용으로 인해서 시장이 정체 상황이지만 전체 식물성 여성호르몬 시장을 보았을 때는 100억 달러 규모로 굉장히 큰 시장을 형성하고 있습니다.

국내뿐만 아니라 프로바이오틱스 같은 경우에 세계적으로도 연 평균 7%의 성장을 보이고 있고, 이러한 프로바이오틱스 유산균은 단순 장 건강을 위한 건강기능식품 개념을 넘어서 특정 질병의 예방 및 치료의 역할이 강조될 것으로 판단됩니다.

그래서 프로바이오틱스는 소화기관 개선기능과 추가적으로 혈압, 알레르기, 비만 개선 등에 대한 효능에 대한 연구가 계속 꾸준히 발표됨에 따라서 관련 시장이 계속 해서 증가할 것으로 예상됩니다.

따라서 저희는 이러한 배경을 통해서 프로바이오틱스를 이용한 갱년기 증상 완화제품이 향후 시장에서 경쟁력을 가질 것이라고 생각을 하고 연구과제를 수행하였습니다.

갱년기 여성 증상완화를 위한 프로바이오틱스 개발, 소재 개발 관련된 과제 정보는 2013년부터 2015년까지 '갱년기 증상 완화를 위한 에스트로겐-장내 미생물 상관 분석 연구'를 수행하였고, 2016년부터 '갱년기 증상 완화 프로바이오틱스의 산업화 연구'를 수행하고 있습니다.

그래서 이러한 연구과제를 통해서 갱년기 모델을 구축하고, '넥스트 제너레이션 시퀀싱(NGS. Next Generation Sequencing)' 기법을 통해서 장내 미생물을 분석하였습니다.

이렇게 분석을 통해서 후보 프로바이오틱스 YT1을 선정하였고요. 여러 가지 갱년기 모델에서의 개선 효능을 확인하여서 최초로 프로바이오틱스 YT1이 갱년기 증상 완화에 효능이 있다는 것을 연구하게 되었습니다.

그래서 프로바이오틱스 YT1의 도출 개요에 대해서 다시 말씀드리면, 난소절제 모델인 이런 갱년기 모델을 유발, 구축하였고요. 보시는 빨간색 네모 칸으로 되어 있는 부분의 시기에서 저희들이 장내 미생물 분석을 하였습니다. NGS 분석을 통해서 장내 미생물 균총이 어떻게 변화되는지를 저희가 확인을 하고, 모델링과 타깃, 장내 미생물을 분리해내서 저희가 YT1을 도출하게 되었습니다.

그래서 제일 먼저 보여드릴 연구 결과입니다.

갱년기 모델에서의 장내 미생물 균총의 변화입니다.

보시는 두 가지 군이 있는데요. 정상군과 장내 미생물... 갱년기를 유발한 군입니다.

그래서 처음에는 초기에는, 갱년기 유발 후 초기에는 두 군의 어떤 장내 미생물의 전체 균총의 변화가 보이지 않지만 보시는 바와 같이 18주가 지났을 때에는, 갱년기 모델을 유발하고 18주가 지났을 때에는 정상군에서 갖고 있는 장내 미생물의 성격이나 갱년기 모델을 유발한 장내 미생물의 성격이 완전히 분리되는 그러한 양상을 보였습니다.

그래서 여기에서 저희들이 100종 이상의 미생물을 발굴해서 타깃 미생물을 확보하였고요. 이후에 이렇게 정상군과 장내... 갱년기 유발군에서의 서로 차이가 나는, 연관성이 있는 두 종의 미생물 후보군을 도출하였습니다. 그래서 YT1과 YT2를 도출하게 되었습니다.

그래서 프로바이오틱스 YT1은 저희 균주 기타 층을 가지고 있는 프로바이오틱스이지만, 종으로 봤을 때는 아래쪽에 있는 표에서 보시는 종류로 나와 있는 것이 바로 19개의 고시형 건강기능식품 프로바이오틱스의 종이 되겠습니다. 이 중에 하나가 되겠고요.

주로 사람이나 동물의 위·장·간, 구강 내에 분포하는 것으로 알려져 있고, 혐기조건에서 분리배양이 가능한 균주가 되겠습니다.

지금부터 말씀드릴 내용은 갱년기 모델을 유발한 후에 이러한 프로바이오틱스 YT1을 투여했을 때 나타나는 갱년기 증상 완화 효과가 되겠습니다.

보여드리는 연구결과의 군들은 먼저 정상군과 갱년기 모델군, 그다음에 갱년기 모델에 에스트로겐을 투여한 군, 그리고 갱년기 모델에 YT1을 투여한 군의 순서로 연구결과를 말씀드리겠습니다.

먼저, 이런 갱년기 모델을 유발하고 나서 제일 먼저 확인한 것들이 골밀도입니다. 그래서 골밀도가 저희가 갱년기 모델에서 약 10% 정도 감소되는 것으로 알 수가 있었고요. YT1 투여에 의해서 갱년기 유도에 의해서 감소한 대퇴부 골밀도가 YT1에 의해서 유의적으로 개선되는 효과를 확인하였습니다.

또한, 저희가 갱년기 모델에서 나오는 여러 가지 현상들, 동물행동학적 현상들을 보았는데 그중에 하나가 굉장히 많은 차이가 보이는 것이 통증민감도입니다.

그래서 저희는 기계적 이질통 역치값을 이렇게 Von Frey filaments를 통해서 확인을 하였는데요. 기계적 이질통의 역치값이 갱년기 모델에서 약 90% 정도 감소되는, 즉 통증민감도가 굉장히 증가되는 현상을 저희가 확인하였고, YT1 투여에 의해서 증가된 통증민감도가 개선되는 효과를 확인하였습니다.

뿐만 아니라, 사람에서도 나타난 우울감과 관련된 forced swimming test를 통해서 우울증 관련된 연구를 진행하였는데 우울감이 어느 정도 개선되는 것을 알 수 있었고요. 또 한 가지 단기기억력 개선효과를 확인했습니다.

보시는 Passive avoidance test 라는 것을 통해서 쥐를 한쪽 방에다 넣어놓고 동물을 넣어놓고 불을 밝혀 주게 되면, 불을 밟혀주면서 동시에 가운데 다른 쪽에 있는 방으로 옮겨갈 수 있는 문이 열리게 됩니다.

그렇게 했을 때 동물은 쥐 같은 경우에는 어두운 곳을 선호하게 되는 현상이 있어서 옆방으로 옮겨지게 되죠. 그렇게 됐을 때 전기적인 충격을 바닥에서 주게 되면 쥐가 놀라게 되고, 머릿속에 기억을 하게 됩니다. 그 다음날 똑같은 실험을 했을 때, 기억력을 갖고 있는 아팠던 기억을 갖고 있는 쥐는 옆방으로 옮겨지지 않게 되겠죠.

그래서 이러한 레이턴시 타임(latency time)을 봤을 때 갱년기 모델에서 감소되는 단기기억력이 YT1에 의해서 회복되는 것을 알 수 있었습니다.

또 체지방량을 분석을 했습니다. 보통적으로 갱년기 모델을 유발하게 되면, 일주일만 지나더라도 정상 쥐에 비해서 체중이 증가됩니다. body weight이 증가되는데요. 이러한 현상에 있어서 에스트로젠을 처리하게 된다면 에스트로젠 결핍에 의한 체중이 증가하기 때문에 에스트로젠 처리하게 되면 다시 원래 체중으로 돌아가는 현상이 있습니다.

그런데 YT1은 전체 체중의 body weight을, 전체의 body weight을 줄이는 효과는 없었습니다. 즉 이 얘기는 YT1의 효능은 기존의 에스트로겐 대체재나 이렇게 호르몬 대체재의 그런 영향과는 전혀 다른 것이라고 할 수 있습니다.

그래서 independent, 독립적인 효과를 확인할 수 있었는데 그럼에도 불구하고 그 이외에 전체 체중에는 변화가 없지만 혹시 체지방량이나 여러 가지 다른 것에 변화가 있는지를 확인을 했었는데, 보시는 바와 같이 정상군에 비해서 갱년기 모델에서 체지방량이 3배 이상 증가되는 것을 알 수 있었고, YT1 투여에 의해서 개선되는 효과를 확인하였습니다.

그리고 먹는 양을 저희가 분석했습니다.

그래서 사료 섭취량과 식수 섭취량을 보았는데요. 체중 대비 보았을 때 갱년기 모델에서 감소되는 현상을 보였고, YT1 투여에 의해서 식수 섭취량이 개선되는 효과를 확인하였습니다.

그다음에 18주간 저희가 YT1을 투여하고 나서 생화학지표를 혈액으로부터 확인을 하였습니다.

먼저, 조금 재미난 결과들을 얻었는데 ALP 즉, alkaline phospatase는 혈중 ALP농도가 높아졌다는 의미는 골밀도가 상대적으로 감소되었다는 것을 의미할 수... 간접적으로 알 수 있습니다. 그래서 정상군에 비해서 갱년기 모델에서 약 두 배 정도 ALP 농도가 증가되는 것을 혈액에서 확인을 하였고, YT1 투여에 의해서 감소되는 것을 알 수 있었습니다.

뿐만 아니라, 혈당을 저희가 측정 해봤는데 정상쥐나 갱년기 모델에서 특별히 차이가 없었지만 통계적으로 유의하게 프로바이오틱스 YT1을 투여했을 때 혈당이 감소되는 것을 알 수 있었고, 또 한 가지 TG, 트리글리세리드(triglyceride)라고 하는 중성지방입니다. 그래서 관상동맥 질환과도 연결이 되어 있어서 최근 많이들 연구하고 있는데 이런 중성지방이, 약 갱년기 모델에서 약 50% 이상 증가되었는데요. YT1 투여에 의해서 다시 감소하는 효과를 확인하였습니다.

이러한 결과들을 바탕으로 저희는 (주)휴온스에 기술이전을 하게를 되었고, 지난달 19일에 조인식을 진행하였고요. 총 기술이전 규모는 정액기술료 2.8억 원, 경상기술료 순매출액의 2.5~3%가 되겠으며, 추정가치는 약 160억으로 추정됩니다.

그래서 향후에 현재 대량생산 공정과 인체적용 시험을 진행 중에 있으며, 이러한 연구결과들을 종합적으로 추가 연구를 또 진행해서 향후에 개별인정 신청 및 승인을 통해서 제품을 출시하고자 합니다.

앞으로 갱년기 증상 완화용 최초가 되겠죠? 그래서 갱년기 증상 완화용 프로바이오틱스 제품화를 위해서 저희 한국식품연구원과 휴온스가 공동연구를 수행할 예정이고요

저희가 YT1의 특허균주 기탁증의 예시가 되겠고요. 현재 인체적용시험용 시제품의 어떤 예시가 되겠습니다. 그래서 이러한 연구를 통해서 저희는 갱년기 증상완화, 프로바이오틱스 관련된 특허를 2건을 출원하였고, 현재 산업화 연구를 수행하고 있으며, YT1 균주의 인체적용 시험 및 개별인증 필수시험을 진행하고 있습니다.

경청해 주셔서 감사합니다.

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