후각수용체로 항비만 효과낸다

이성준 교수 연구팀, 신규 비만 조절 메커니즘 규명

실험의학 연구분야 세계적 저명 학술지JCI에 논문 발표

▲ 제1저자 우춘연 박사(왼쪽), 교신저자 이성준 교수(오른쪽)

고려대학교 생명과학대학 식품공학과 이성준 교수 연구팀(제1저자 우춘연 박사, 교신저자 이성준 교수)이 신규 비만 예방 기작을 규명한 연구 결과를 실험의학 연구분야 세계적 저명 학술지인 Journal of Clinical Investigation(JCI, IF: 12.784)에 10월 10일 논문으로 발표했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부ㆍ한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행됐다.  

- 논문 제목: Olfr544 reduces adiposity by steering fuel preference to fats; (https://www.jci.org/articles/view/89344).

식품에는 각종 영양소 뿐 아니라 여러 가지 향기성분도 존재한다. 이러한 향기 성분은 식품의 풍미를 증진시키고 식욕을 돋우는 역할을 하는데, 체내에 흡수되면 다양한 생물학적 효능을 발휘하는 기능성 물질로 작용하기도 한다. 허브에서 추출한 에센셜 오일이나 커리를 포함한 여러 가지 향신료들이 항산화, 항암, 대사조절 등 각종 건강 기능성을 갖고 있다는 다양한 연구결과들이 이를 증명해 오고 있다. 그런데, 식품은 여러 가지 성분이 혼합된 복합물로 존재하므로 생물학적 활성을 나타내는 단일 효능 물질과 세포내 작용점을 규명하는 것이 매우 어렵고 이에 관해서는 상대적으로 많은 연구가 되어 있지 않다.

이성준 교수 연구실에서는 지난 10여 년 동안 다양한 식품 향기성분의 대사 조절 효과에 대해 연구해 오면서 식품 향기 성분 가운데 단일 효능 물질을 밝히고 세포 내 작용점에 해당하는 표적 단백질을 규명하는 연구를 수행해왔다.

식품 향기 성분은 후각 상피세포에서 발현되는 후각 수용체(olfactory receptor)를 통한 신호 전달 과정을 통해 후각 정보를 대뇌에 전달하는데, 최근 연구 결과에 따르면 후각 수용체가 신장/심장/간/근육/면역세포 등 다양한 조직에서 광범위하게 이소 발현 (ectopic expression) 된다는 사실이 밝혀져 왔다. 이성준 교수 연구팀에서는 이러한 점에 착안하여 간이나 지방 조직에 후각 수용체가 발현된다면 식품 향기 성분의 표적 단백질로 작용하여 식품 향기 성분의 건강 효능을 매개할 수 있다는 가설을 세우고 연구를 수행해왔다.

이번 논문에서 이성준 교수 연구팀은 마우스의 간과 지방 조직에서 후각 수용체 Olfr544가 공통적으로 높게 발현된다는 사실을 발견하고, Olfr544에 결합하는 리간드 화합물은 아젤라산 (Azelaic acid)임을 재확인했다. 아젤라산은 밀, 보리, 오트밀, 수수 등 여러 가지 곡류에서 발견되는 식품 성분이면서 체내에서 오메가 산화과정을 통해 생성될 수 있는 유기산 계열 화합물인데, 이번 연구에서는 아젤라산이 Olfr544에 리간드로 작용하면 지방조직과 간조직의 PKA 신호전달을 활성화 시키고 이를 통해 항비만 효과를 보여준다는 것을 밝혀냈다. 즉, 고지방 식이를 섭취한 일반 마우스에 아젤라산을 6주간 투여하면 체지방이 감소하는데 반해 Olfr544가 결핍된 마우스에서는 이러한 효과가 나타나지 않아 아젤라산이 Olfr544에 작용하여 항비만 효과를 보여주게 된다. 이러한 Olfr544 신호 전달 경로는 백색지방에서는 체지방 분해 (lipolysis), 갈색 지방 조직에서 Ucp1 발현을 통한 열발생 (thermogenesis), 간조직에서는 PPARα 발현을 통한 지방 산화가 촉진되며 결과적으로 생체 내 축적된 지방을 에너지원으로 소모하여 체지방 감소와 비만 예방 효과를 가져오게 되는 것이다.

이번 연구는 포유류 유전체의 3~5%에 달하는 후각 수용체가 대사 조직에서도 발현되어 에너지 대사와 체지방 조절에 관여할 수 있다는 사실을 보여준 첫 번째 연구결과로서 후각 수용체의 다양한 추가 기능을 설명하고 신규 체지방 조절 매카니즘을 제시했다는 의미가 있다.

한편, Olfr544를 활성화 시키는 아젤라산의 항비만 효능 관련 결과는 특허 등록이 완료되어 산업적으로도 체지방 감소 및 비만 개선 용도의 식품 소재, 의약 조성물 및 건강기능성 식품 개발에 활용될 수 있으며 이에 관한 후속 연구를 추진 중이다.

교신저자인 이성준 교수는 2004년부터 고려대 식품공학과 교수로 재직하면서 140여 편의 SCI 논문을 발표해 오고 있으며 기초 연구와 산업화 응용 연구를 수행하면서 50여 명의 졸업생을 배출해 오고 있다.

제1저자인 우춘연 박사는 중국 명문대인 절강대학교에서 학부 및 석사과정을 마치고 2013년 고려대 박사과정에 입학해 지난 8월에 졸업하고 현재 고려대 대학원 생명공학과 연구교수로 재직 중이다.

또한 이번 연구에는 고려대 생명과학대학 생명과학부 구승회 교수팀과 생명공학부 최인걸 교수팀이 공동 저자로 연구에 참여했다.

[  그 림 설 명  ]

▲ Olfr544 활성화를 통한 체지방 조절 메카니즘. Olfr544는 간, 백색지방, 갈색지방에 발현되며 리간드 화합물인 아젤라산 (azelaic acid)에 의해 PKA 신호전달과정을 활성화 한다. 이는 간조직에서는 PPARα 발현을 통한 지방산화 (fatty acid oxidation, FAO) 촉진, 백색 지방에서는 지방 분해 (lipolysis) 촉진, 갈색 지방에서는 PGC1α와 UCP1 발현을 통한 열발생 (thremogenesis) 촉진을 유도한다. 결과적으로 아젤라산이 백색지방을 분해하여 에너지원으로 소모하는 과정을 촉진하게 되어 체지방 감소를 유도하게 된다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)