Titanium dioxide exposure during gestation is critical to worsen DSS-induced colitis

인간의 장은 북적이는 생태계이자, 신체의 면역 체계가 수조 마리의 미세한 거주자들과 공존하는 법을 배우는 복잡한 풍경입니다. 항상성이라 불리는 이 섬세한 균형은 태어날 때 고정되는 것이 아니라, 생애 가장 초기 단계 동안 정교하게 구축됩니다. 포유류의 경우, 출생 전 기간과 젖을 먹이는 시기는 유해 물질이 혈류로 들어오는 것을 막아주는 벽인 장벽(intestinal barrier)이 형성되는 매우 중요한 시기입니다. 만약 이 시기에 장벽이 손상되면, 신체는 나중에 장 내의 자연스러운 박테리아를 견뎌내는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 이는 결장염과 같은 만성 염증 및 질병으로 이어질 가능성이 있습니다. 과학자들은 환경적 요인이 이 과정을 방해할 수 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 그러한 방해가 발생하는 구체적인 시점은 여전히 수수께끼로 남아 있습니다. 이러한 요인 중 하나는 식품의 색상과 질감을 개선하기 위해 사용되는 흔한 흰색 색소인 이산산화티타늄입니다. 사탕, 유제품, 음료 등에 자주 포함되어 있는 이 입자들은 미세한 크기부터 나노 크기까지 다양합니다. 이전 연구들은 성체 동물이 이 입자들에 노출될 때 장벽이 약해지고 기존의 염증이 악화될 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 임신 중 노출과 수유 중 노출 중 어느 쪽이 새끼에게 더 큰 영향을 미치는지, 혹은 그 효과가 암수 간에 차이가 있는지 여부는 불분명했습니다.

연구팀은 티타늄디옥사이드(식품 라벨에는 E171로 표기됨)에 대한 노출 시점이 장 건강에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해 생쥐를 대상으로 연구하며 이 질문들에 답하고자 했습니다. 연구진은 임신한 암컷 생쥐를 여러 그룹으로 나누어, 특정 시기에 이 첨가물이 포함된 음용수를 통해 노출시켰습니다: 임신 중에만 노출, 수유 중에만 노출, 또는 두 시기 모두 노출. 대조군은 노출을 받지 않았습니다. 연구진은 이후 새끼들이 성체가 될 때까지 기다려 그들의 장이 어떻게 발달했는지, 그리고 염증성 장질환의 모델인 결장염을 유발하는 화학 물질에 어떻게 반응하는지 관찰했습니다. 그들은 장의 물리적 구조를 조사하고, 장벽을 통해 물질이 얼마나 쉽게 누출되는지 측정했으며, 내부의 박테리아 공동체를 분석하고, 면역 스트레스의 징후를 살펴보았습니다.

연구 결과, 노출 시기가 매우 중요하다는 것이 밝혀졌으며, 특히 태아기(gestational period)가 가장 결정적인 시기인 것으로 나타났습니다. 수컷 새끼가 어머니가 임신 중에만 첨가물에 노출되었을 때, 수유 중에만 노출된 경우보다 나중에 더 심각한 형태의 결장염을 앓았습니다. 실제로 가장 심각한 염증은 임신과 수유기 모두에 노출된 수컷에서 나타났으나, 이 증가된 취약성의 주요 원인은 임신 중 발생한 손상이었습니다. 연구진은 임신 중 노출이 특히 장 내의 점액 생성 세포 수를 증가시키고 장 주름의 길이를 변화시킨다는 것을 발견했는데, 이는 수유 중 노출과는 다른 방식이었습니다. 흥란하게도, 수컷 새끼는 일반적으로 암컷보다 이러한 해로운 영향에 더 민직했습니다. 두 성별 모두 장내 박테리아에서 변화를 보였지만, 수컷 생쥐는 장벽 기능에서 더 뚜렷한 교란을 보였으며, 여기에는 장 내부에 머물러 있어야 할 단백질의 누출 증가가 포함되었습니다.

장내 박테리아의 구성 또한 노출 시기에 따라 달라졌습니다. 수컷 생쥐의 경우, 수유기에 노출되었을 때 박테리아 종의 다양성이 증가했으나, 임신기에 노출되었을 때는 동일한 효과가 나타나지 않았습니다. 그러나 장벽 유지에 도움을 주는 것으로 알려진 유익한 박테리아인 *아커만시아 뮤시니필라(Akkermansia muciniphila)*는 수유기 또는 두 시기 모두 노출되었을 때 그 양이 증가했습니다. 이는 신체가 입자로 인한 스트레스에 대응하여 유익한 박테리아를 모집함으로써 보상하려는 시도를 하고 있음을 시사하며, 이러한 반응은 수유 단계에서 더 강하게 나타나는 것으로 보입니다. 이러한 박테리아의 변화에도 불구하고, 장벽의 물리적 손상과 그로 인한 염증의 심각성은 임신 중 노출과 가장 강력하게 연관되어 있었습니다. 암컷 새끼의 경우, 효과의 방향은 비슷했으나 정도는 덜 심했습니다. 암컷 역시 임신 시 노출 시 결장염의 심각도가 증가했지만, 전반적인 장벽은 수컷보다 더 탄력성을 유지했습니다.

이러한 발견은 임신기가 장벽 발달에 있어 독특하게 민감한 시기임을 시사합니다. 어머니가 이 시기에 티타늄디옥사이드가 포함된 음식을 섭취하면, 입자가 태반을 통과하여 발달 중인 배아에 도달할 수 있으며, 이는 동물이 태어나기도 전에 장의 청사진을 변경할 가능성이 있습니다. 이러한 조기 교란은 지속적인 흔적을 남겨, 특히 수컷의 경우 나중에 심각한 장 염증에 더 취약하게 만듭니다. 이 연구는 티타늄디옥사이드가 인간의 염증성 장질환을 유발한다고 주장하는 것은 아니지만, 특정한 발달상의 취약성을 강조합니다. 이는 흔한 식품 첨가물과 관련된 위험이 생애 초기 모든 단계에서 동일하지 않을 수 있음을 나타내며, 산전(prenatal) 기간이 수유 기간보다 장의 방어 체계의 장기적 안정성에 더 큰 위협이 된다는 것을 보여줍니다. 공중 보건 측면에서, 이는 임신 중 식이 노출에 대한 신중한 고려가 필요함을 시사하며, 다음 세대의 장 건강에 미칠 결과가 매우 깊고 오래 지속될 수 있음을 시사합니다.