장내 미생물과 녹차, 홍차와의 관계.

[상파]

Green and Black Tea Phenolics: Bioavailability, Transformation by Colonic Microbiota, and Modulation of Colonic Microbiota
녹차와 홍차 티 페놀류 : 생체이용률, 결장 미생물에 의한 형질전환, 결장 미생물의 조절

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.8b02233

= 개요

단량체 녹차 카테킨(monomeric green tea catechin. GTC) 그리고 올리고머, 산화 홍차 페놀류(oligomeric, oxidized black tea phenolic. BTP)는 기대되는 건강 잇점들을 보여왔지만, 녹차 카테킨은 홍차 페놀 보다 더욱 광범위하게 연구되었었습니다. 우리는 녹차 카테킨과 홍차 페놀의 생체이용률, 결장 형질변환, 장내 미생물 조절 효과에 대한 현 지식을 개관합니다.

비록 서로 다른 장내 미생물 조절 효과를 가지는 것과 홍차 페놀이 녹차 카테킨보다 결장 발효(colonic fermentation. 장내 탄수화물 분해과정)에서 더 낮은 수율의 생리활성 페놀 대사물을 주는 것을 배제할 수는 없다고 하더라도, 소장에서 비슷하게 낮은 생체이용률과 결장 발효에 대해 잠재적으로 유사한 대사물의 결과로써, 녹차 카테킨과 홍차 카테킨은 마치 유사한 건강 잇점을 갖는 것처럼 보입니다.

= 소개

Camellia sinensis의 잎에서 유래한 차는 세계에서 가장 널리 음용되는 음료입니다. 차의 주요 성분은 플라보놀류flavonols, 플라본류flavones, 플라바놀류flavanols(flavan-3-ols) 등을 포함하는 플라보노이드류flavonoids이며, 이 중 60% 이상이 플라바놀류 입니다.

가공 방식에 기초하여, 차는 일반적으로 세 가지 형태로 나뉩니다 : 녹차, 우롱차, 홍차. 이들 중 홍차는 가장 많이 음용되는 형태로, 전 세계 차 생산량의 78%를 차지합니다. 녹차는 그다음으로 20%를 차지하며, 나머지 2%가 우롱차입니다.

신선한 찻잎의 효소 불활성화에 의해 생산되는 녹차는, 일반적으로 카테킨류catechins로 언급되는 단량체 플라바놀류를 주요 페놀 화합물로 갖고 있습니다. 여기에서 우리는 앞으로 단량체 녹차 카테킨을 GTC(이후 녹차 카테킨)라 지칭할 것입니다.

홍차는 이른바 “발효” 공정에 의해 녹차와 다르며, 공정 중 신선한 찻잎 내 카테킨류의 90% 이상이 내인성 폴리페놀 산화효소(PPO)와 과산화효소(POD)에 의해 광범위한 산화를 겪어, 결과적으로 테아플라빈류, 테아시넨신류, 테아루비긴류와 같은 이량체dimeric와 올리고머 화합물의 형성을 야기합니다. 여기에서, 우리는 올리고머 홍차 페놀을 BTP(이후 홍차 페놀)라 지칭할 것입니다.

우롱차는 카테킨류와 그 산화 생성물의 혼합으로 구성된, 부분산화, 부분발효 제품입니다.

상당한 수의 연구들이 정기적인 차 음용의 중요성을 입증했는데, 이는 심혈관 질환, 비만, 2형 당뇨에 대응하는 것으로 보이기 때문입니다. 이러한 약리적 잇점은 일반적으로 차에 있는 페놀 화합물의 강력한 항산화, 항염증, 항균, 항종양, 항노화 특성 덕분입니다.

녹차 카테킨과 홍차 페놀의 차이로 인해, 소비자는 어느 쪽 차가 건강 증진에 가장 바람직한지 알고 싶어 할 수 있습니다. 보통 녹차가 더 강한 항산화 특성 때문에 추천되며, 이는 보다 높은 농도의 산화되지 않은 플라바놀류와 연관되어 있습니다. 그러나 차의 건강 잇점을 단지 항산화 활성에만 연결하는 것은 논란의 여지가 있는데, 다른 특성들 또한 약리적 활성에 기여할 수도 있기 때문입니다. 더욱이 페놀, 특히 홍차에서 유래한 페놀의 낮은 생체이용률이 오랫동안 인지되어 왔으나, 이는 이들의 생체 내 항산화 활성과 일치하는 것처럼은 보이지 않았습니다.

차 페놀과 장내 미생물의 상호작용은 오랜 기간 간과되어왔으며, 아마도 차 페놀의 건강 유익 효과를 이해하는 단서를 제공할 수 있을 것입니다. 대장 잔류내강에는 주로 혐기성 박테리아인, 많고 다양한 미생물들이 서식하고 있습니다. 일반적으로 소수의 문(phyla)에 속한, 1000이 넘는 “종 수준(species-level)” 계통형(phylotype)이 건강한 장에 있다고 믿어지고 있습니다. 이 문에서 의간균Bacteroidetes와 후벽균Firmicute이 일반적으로 장내 미생물에서 가장 두드러지며, 방선균Actinobacteria, 프로테오박테리아Proteobacteria, 우미균Verrucomicrobia 등이 뒤를 이었습니다. 이들은 식사로부터 영양소와 에너지 추출 그리고 숙주를 위한 물리적, 면역적 방벽 형성을 통해, 장내 항상성 유지와 숙주 건강에 있어서 필수적인 역할을 합니다.

결장에 도달한 흡수되지 않은 페놀은 장내 미생물에 의해 효소 분해될 것이며, 쉽게 흡수되는 일련의 대사물질을 생성할 것입니다. 동시에, 장내 미생물의 구성이 조절될 수 있습니다. 이와 같은 페놀과 장내 미생물 간의 상호 작용이 아마도 결국에는 숙주에게 어떠한 건강 잇점을 줄 것입니다.

이러한 관점에서, 녹차 카테킨과 홍차 페놀의 생체이용률, 분해 경로, 장내 미생물 조절 효과가 비교되었으며, 그 잠재적 건강 잇점 특성이 장내 미생물 상호작용을 기반으로 토의되었습니다.

= 차의 페놀 화합물과 그 생체 이용률

미 농무부(USDA) 플라보노이드 자료에 따르면, 차는 플라바놀의 가장 중요한 식이 공급원입니다. 앞서 시사한 것과 같이, 녹차와 홍차는 가장 흔히 음용되는 차 유형입니다. 두 유형 간의 주요 차이점은, 녹차에 비해 훨씬 더 광범위한 홍차의 페놀 산화에 있으며, 이는 독특한 페놀 성분의 원인이 됩니다. 여기에서, 녹차와 홍차의 페놀 화합물이 그 생체이용률과 함께 첫번째로 검토됩니다.

녹차 카테킨과 그 생체이용률

녹차의 카테킨류는, B-링의 di- 또는 trihydroxyl 기 치환과 A-링 meta-5,7-dihydroxy 치환으로 특징 지어집니다. 또한 카테킨류의 50% 이상이 갈로일기 부분(galloyl moiety)과 함께 에스터화 됩니다.

네 종류의 주요 카테킨류가 있습니다 : 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCg), 에피갈로카테킨(EGC), 에피카테킨갈리에트(ECg), 에피카테킨(EC) 로 이중 EGCg가 가장 풍부한 카테킨 입니다. 이들 카테킨류의 화학 구조는 그림 1에 나와있습니다. 또한 비록 훨씬 적은 양이더라도, 갈로카테킨 갈레이트(GCg), 갈로카테킨(GC). 카테킨 갈레이트(Cg), 카테킨(C)를 포함하는, 네 종류의 대응 입체이성질체(stereoisomer)가 또한 차에서 발견됩니다.

* 그림 1. 녹카 카테킨과 주요 홍차 페놀의 화학 구조.  (왼쪽) 녹차 카테킨류의 8-17% 만이 소장에서 생체이용됩니다.

  (오른쪽) 더 높은 분자 무게로 인해, 홍차 페놀은 소장에서 생체이용률이 낮으며, 그 원래 형태로 결장에 도달합니다.

소장 내 카테킨류의 낮은 생체이용률은 오랫동안 인지되어 왔습니다. EC, EGC, ECg, EGCg는 인체 장관 흡수 모델에서 낮은 상피 투과성(transepithelial permeability)을 가진 것으로 보고된 반면, 기저에서 정단으로의(basal-to-apical) 배출은 보다 유의적인 것으로 보고 되었으며, 이것은 MRP(multidrug resistance protein. 다중약물 내성 단백질)과 같은 수송체를 통한 능동 수송(active transport)과 연관되어 있습니다.

더욱이 갈로일화(galloylated) 된 카테킨류는 비갈로일화된 카테킨류보다 더 낮은 친화도를 나타냈습니다. 투여 이후, 대략 EGC의 13.7%, EC의 31.2%, EGCg의 0.1% 가 직접적으로 생체이용 되었습니다.

직접적으로 흡수된 카테킨류는 간문맥을 통해 간으로 운송되며, 이곳에서 phase II 효소에 의해 대사되어, 글루쿠로니드화glucuronidated, 메틸화methylated, 황산화sulfated 결합체(conjugate. 공액)를 생성합니다. 이 대사산물들은 전신 순환계로 들어가거나 담즙을 통해 제거되어 위장관으로 돌아가는 것으로 나타났습니다.

* 이전 자료 참조.

EC의 phase II 대사가 장 세포에서 또한 발생하며, 배출에 의해 제거된 그 대사물(주로 황산화 결합체)은 장 내강으로 돌아가는데, 이는 담즙을 통한 제거보다 훨씬 높았다는 것을 나타내는 증거가 있습니다. Stalmach는, 섭취된 녹차 카테킨의 약 70%가 대장에서 복원되었으며, 이중 33%는 모 화합물의 형태 그리고 37%는 phase II 대사물의 형태로, 주로 o-linked 황산 및 메틸 황산 임을 보고했습니다.

홍차 페놀과 그 생체이용률

홍차에서, 풍부한 페놀 화합물을 테아플라빈과 테아시넨신 및 그들의 mono- 및 digallates 입니다. 특징적인 벤조트로폴린 부분을 가진 테라플라빈은, 카테콜-유형 B-링(EC 또는 ECg)과 피로갈롤-유형 B-링(EGC 또는 EGCg)의 축합(condensation)에 의해 생성 됩니다. 테아시넨신은 두 피로갈롤-유형 B-링의 축합으로부터 형성됩니다.

테아플라빈과 테아시넨신에 더하여, 홍차에서는 테아플라갈린theaflagallin, 테아플라베이트theaflavate, 테아플라브산theaflavic acid, 테아시트린theacitrin, 데하이드로디카테킨dehydrodicatechin 등 과 같은, 다양한 기타 카테킨 이량체들이 판별되었습니다(그림 1). 이러한 이량체 페놀은 산화 과정의 최종 생성물이 아닌데, 이는 추가 산화 및 올리고머화로 한층 더 복잡한 산화 생성물을 형성할 수 있기 때문입니다. 종합적으로, 이러한 카테킨류의 복합 산화 생성물을 테아루비긴으로 지칭합니다.

산화된 차 페놀의 복잡성을 고려할 때, 홍차 페놀의 생체이용률에 대한 지식은 제한적입니다. 최근 테아플라빈과 그 phase II 대사물이 섭취 후 0-30 시간 동안 소변에서 검출되지 않은 것이 보고되었으며, 이는 낮은 생체이용률을 시사합니다. 따라서 테아플라빅산, 테아플라베이트, 테아플라갈린과 같은 테아플라빈-연관 홍차 페놀은, 테아플라빈과 같이 비슷하게 낮은 생체이용률을 나타내는 것으로 추측됩니다. 테아시넨신, 데하이드로디카테킨, 테아시트린과 같은 기타 홍차 페놀에 대한 문헌은 아직 없습니다.

A와 C 링 사이에 C4-C8 또는 C4-C6 결합으로 연결된 두 카테킨 유닛을 가진, B-유형 프로시아니딘procyanidin 이량체는 단량 카테킨류에 비해 낮은 생체이용률을 가지며, 카테킨류 보다 10% 더 낮은 것으로 보고 되었습니다. 테아시넨신은 C-C 결합을 통한 카테킨 이합체(이량체)화dimerization에 의해 형성되어, B-유형 프로시아니딘과 구조적 유사성을 갖지만, 인터플라반interflavanic 결합 위치가 다릅니다. 즉 이들은 C2'-C2' 결합을 통해 B-링에서 연결됩니다. 따라서 테아시낸신의 낮은 생체이용률은 B-유형 프로시아니딘의 것과 비슷합니다. 마찬가지로 데하이드로디카테킨은 비슷하게 낮은 생체이용률을 갖을 것으로 예상됩니다.

일반적으로, 단량체 flavan-3-ols은 녹차의 주요 페놀 화합물인 반면, 홍차에서는 산화 이량채 및 올리고머 flavan-3-ols이 지배적입니다. 그 낮은 생체이용률을 고려한다면, 녹차 카테킨과 홍차 페놀의 상당한 양이 원래 형태로 결장으로 들어가며, 장내 미생물에 의해 생물전환(bioconversion)의 대상이 되어, 훨씬 더 쉽게 흡수되는 것으로 알려진 낮은 분자량 대사물의 형성을 야기합니다.

* 즉 발효로 형성된 물질들은 고중량 및 복잡성으로 인한 낮은 생체이용률 덕분에 원래 형태 그대로 장으로 운송되며, 결장에서 서식하는 장내 미생물에 의해 쉽게 흡수되는 성분으로 변환됨.

장내 미생물에 의한 차 페놀의 생물변환

대장에 서식하는 다양한 미생물군은, 결장으로 들어온 다양한 식품 성분 변환이 가능한 수많은 여러가지 효소를 갖추고 있으며, 숙주의 소화에 필수적 대사 기능을 수행합니다. 이 미생물 군집은 α-rhamnosidase, β-glucuronidase, β-glucosidase, sulfatase, esterase 와 같은 효소의 활성을 통해, 글리코시드류glycosides, 글루쿠로나이드류glucuronides, 황산염류sulfates, 아마이드류amides, 에스터류esters, 락톤류lactones를 가수분해 할 수 있습니다.

또한 비-방향족 고리 열림(ring cleavage), 환원(환원효소reductase와 수소화효소hydrogenase), 탈탄산decarboxylation(탈탄산효소decarboxylase), 탈메틸demethylation(탈메틸효소demethylase), 이성질화isomerization(이성질화효소isomerase), 데하이드록실화dehydroxylation(데하이드록실효소dehydroxylase. 탈수산화)를 포함하는 다른 촉매 반응들 또한, 장내 미생물의 대사 활동의 결과로써 결장에서 광범위하게 발생합니다.

따라서, 대장 내 흡수되지 않은 잔존 녹차 카테킨과 홍차 페놀은 광범위한 미생물 분해를 겪은 뒤, 수많은 보다 단순한 화합물로 이어질 것으로 예상됩니다.

녹차 카테킨의 생물전환

장내 미생물군에 의한 카테킨의 분해 경로를 해명하기 위한 많은 연구들이 수행되었었습니다. 일반적으로 변형은 세가지 주요 과정으로 분류될 수 있습니다 : (i) 갈로일 에스터 가수분해(galloyl ester hydrolysis), (ii) C-링 열림(C ring opening), (iii) 락톤화lactonization, 탈탄산화, 탈수산화, 산화 반응을 포함하는 반응들에 의한, 반응 생성물의 추가 변형.

갈로일화된 카테킨류(ECg와 EGCg)의 경우, 미생물 대사는 일반적으로 미생물 에스터분해효소에 의한 갈로일 에스터 가수분해와 함께 시작되어, 피로갈롤로 더욱 탈탄소화 될 수 있는 갈산을 증가 시킵니다.

탈갈로일화(degalloylation) 이후, 카테킨의 C 링은 열린 채로 남아 있으며, 후에 발레로락톤valerolactone [EC/ECG의 경우 5-(3′,4′-dihydroxyphenyl)-γ-valerolactone 또는 EGC/EGCg의 경우 5-(3′,4′,5′-trihydroxyphenyl)-γ-valerolactone]로 변환되는 diphenylpropan-2-ol을 유발 합니다. 락톤 고리는 후에 깨지며, hydroxyphenylvaleric acids(하이드록시페닐발레릭산) 그리고/또는 4-hydroxy-hydroxyphenylvaleric acids을 생성합니다.

곁사슬로부터 탄소 원자의 연속적인 손실에 의한, 이후의 하이드록시페닐바레릭산의 생체변환은, 하이드록시페닐프로피온hydroxyphenylpropionic, 하이드록시페닐아세트hydroxyphenylacetic, 하이드록시벤조hydroxybenzoic 산류를 유발합니다.

한편, 이러한 하이드록실화 페놀산의 탈하이드록실화는 원 B-링의 C3′, C4′, 그리고/또는 C5′에서 또한 발생할 수 있어, 여러가지 보다 단순한 페놀산의 원인이 될 수 있습니다. 카테킨의 가능 미생물 대사 경로가 그림 2에 요약되어 있습니다.

* 그림 2. 장내 미생물에 의한 녹차 카테킨의 미생물 분해 경로

또한 이러한 페놀산의 벤젠고리가 추가적으로 열릴 수 있으며, 아세테이트acetate와 뷰티레이트butyrate 같은 짧은 사슬 지방산으로 전환될 수 있다고 보고 되었습니다. 그러나 발레로락톤과 페놀산은 일반적으로 장관 흡수를 위해 카테킨류에서 얻어진 1차 반응 생성물로 고려됩니다.

천연 카테킨류 외에도, 장간 순환을 통해 결장에 도달한 카테킨류의 글루쿠로니드화, 메틸화, 황산화 결합체(phase II 대사물)이 또한 장내 미생물에 의해 분해되기 쉽습니다. 미생물의 글루쿠로니드효소, 탈메틸효소, 설파테이스(sulfatase. 황산 에스테르 가수분해효소)는 아마도 이들 phase II 대사물을 우선 탈결합(deconjugate)하여, 추가 분해를 위해 원 카테킨류를 방출합니다.

발레로락톤과 페놀산의 형성후, 이들 미생물 대사물은 대장에서 쉽게 흡수되며, 이후 이들은 천연 카테킨류와 마찬가지로 phase I 과 II 대사, 분배, 마지막으로 배설을 겪습니다. Ottaviani는 방사선 표식된 EC를 사용하여, 섭취된 EC의 82 ± 5% 가 최종적으로 소변을 통해 배설 된다는 것을 설득력 있이 입증했습니다. 더욱이 회수된 방사능의 약 70%는 미생물 대사물의 형태로, 42 ± 5%는 γ-valerolactone과 γ-hydroxyvaleric 산의 o-글루쿠로니드화 및 황산화 유도체였으며, 특히 28 ± 3%는 페놀산의 유도체 였습니다.

홍차 페놀의 생물전환

테아플라빈, 테아시넨신, 테아루비긴과 같은 홍차의 페놀과 관련하여, 이들의 미생물 대사 경로에 대한 지식은 상대적으로 제한적 입니다.

테아플라빈의 경우 탈갈로일화가 우선 일어난다고 믿어지고 있습니다. 그 다음 일련의 분해 단계 이후, 5-(3′,4′-dihydroxyphenyl)-γ-valerolactone, 5-(3′-hydroxyphenyl)-γ-valerolactone, 5- (3′-hydroxyphenyl)-γ-hydroxyvaleric acid, 5-(phenyl)-γ-hydroxyvaleric acid, 3-(3′,4′-dihydroxyphenyl)propionic acid 을 포함하는, 카테킨류의 대사물과 유사한 여러 페놀 이화생성물(catabolite)이 형성됩니다. 또한 3-페닐프로피온산(3-phenylpropionic acid)과 그 수산화 유도체들이 핵심 대사물이 되는 것으로 보고되었습니다. 이로써, 테아플라빈 골격 구조는 결장 도달 이후 분해되기 쉬운 것이 분명합니다.

카테킨의 완전한 B-링을 포함하는 5-(3′,4′-dihydroxyphenyl)-γ-valerolactone의 동정 때문에, 테아플라빈의 벤조트로폴린 부분에 트로폴론tropolone 링이 쪼개질 것이라는 추측은 타당합니다. 벤조크로폴린 부분의 분해 경로에 세부사항, 특히 트로폴린-포함 부위의 결말은 아직 알려지지 않았습니다.

우리는 트로폴린 링의 개방 이후, 온전한 카테킨 분자와 카테킨-파생 화합물이 우선 형성될 것이라 가정 합니다. 카테킨 부위는 앞서 묘사된 경로를 따라 더욱 분해 될 것이며, 따라서 3-페닐프로피온산과 그 수산화 유도체를 형성할 것 입니다. 갈라진 트로폴린 링은 아마도 케토-에놀 호변이성(keto−enol tautomerism)과 피부르산(pyruvic-acid)-유형 산화에 관여하여, 숙신알데하이드(succinaldehyde) 유도체를 생성할 수 있습니다. 이와 같은 숙신알데하이드 유도체는 반응성이 높고 결장 내 다른 화합물과 더욱 반응할 것으로 예상됩니다. 따라서 이들은 그리 발견되지 않을 것으로 예상됩니다.

벤조트로폴론 부분의 분해에 더하여, 아마도 C-링 또한 장내 미생물에 의해 트로폴본 분열 전에 열릴 수 있을 것이며, 점진적인 A-링 분열, 락톤화, 지방족 사슬 단축이 이어질 것 입니다. 일반적으로, 이러한 점진적 분해는 카테킨의 것과 유사하며, 최종적으로 페닐프로피온, 페닐아세트, 벤조, 단사슬지방 산류와 몇몇 숙신알데하이드 유도체를 포함하는, 매우 다양한 저분자량 대사물의 쌍을 생성합니다.

테아플라빈의 잠정적인 미생물 분해 경로는 그림 3에 요약되어 있습니다. 테아플라빈의 분해 경로를 완전히 설명할 추가 연구가 요구됩니다.

* 그림 3. 장내 미생물에 의한 홍차 체아플라빈의 미생물 분해 경로에 대한 추측. 붉은색 화살표는 추정 분해 경로를 추측하며, 검은색 화살표는 확인된 분해 생성물에 대한 반응을 나타냅니다. BOX1의 반응은 BOX2에서 보다 상세히 설명되어 있습니다.

현재 테아시넨신의 분해 경로에 대한 보고는 없습니다. 테아시넨신과 B-유형 프로시아니딘 간의 인터플라반 결합에서의 유사성을 고려하면, B-유형 프로시아니딘 분해의 일부 특징은 아마도 테아시넨신에도 또한 적용할 수 있을 것이라 추측 됩니다. B-유형 프로시아니딘 이량체는 A-링(말단 유닛)과 C-링(확장 유닛) 분열을 겪게하며, 인체 장내 미생물군과 함께 배양할 때, 주요 대사물 로써 각각 5-(3,4-dihydroxyphenyl)- γ-valerolactone 과 2-(3,4-dihydroxyphenyl)acetic acid을 생성합니다. 탈갈로일화 외에도, 유사한 반응이 테아시넨신에서 발생할 수 있지만, B-고리 간 C-C 결합이 분해되기 쉬운지 어떤지는 명확하지 않습니다.

비록 테아루비긴은 홍차의 주요 산화 페놀로 알려져 있지만, 그 매우 복잡하고 다차원적인 구조가 아직 확증되어 있기 않기 때문에, 그 생체내변환biotransformation은 여기에서 더 토의되지 않을 것입니다. 이들은 테아플라빈과 테아시넨신에 대하 유사한 구조적 부분을 포함한 것으로 보이며, 따라서 그 생체내변환은 유사한 경로를 따를 것 같습니다.

요약하면, 서로 다른 수산화 패턴과 곁사슬 길이를 가진 페놀산의 유사한 쌍은, 녹차 카테킨과 홍차 페놀 양쪽 모두의 결장 발효에서 유래한 것으로 예상됩니다. 그러나 녹차와 홍차의 미생물 대사 프로파일에 대한 포괄적인 비교는 아직 불가능 합니다.

= 차 페놀과 그 대사물의 장내 미생물 조절효과

장내 미생물에 의한 녹차 카테킨과 홍차 페놀의 생체전환과 함께, 특정 장내 박테리아의 선택적인 억제 또는 촉진에 의하여, 장내 박테리아군의 구성 또한 변경될 수 있습니다.

녹차와 홍차의 장내 미생물 조절효과 비교

지금까지 녹차와 홍차의 장내 미생물 조절효과에 대한 여러 연구들이, 인체 배설물을 이용한 체외 발효, 동물 실험, 인간 피험자 개입연구를 포함한 다양한 실험 접근으로 수행되어 왔습니다. 이들 두 가지 차 종류에 의해 영향을 받은, 보고된 장내 박테리아가 표 1에 요약되어 있습니다. 이 연구들의 일부 세부사항은 보충자료의 표 S1에 나열되어 있습니다.

* 표 1. 녹차와 홍차의 장내 미생물 조절 효과. 검은 점은 홍차와 녹차에서 비슷한 반응을 나타냅니다. G-는 그람-음성 박테리아를, G+는 그람-양성 박테리아를 나타냅니다.

체외 발효 연구들은 녹차가 비피도박테리움 속(Bifidobacterium spp. 비피더스균)과 락토바실루스(Lactobacillus. 유산균) 같은 유익한 박테리아의 수를 증가 시키고, 클로스트리듐(Clostridium spp.) 같은 병원성 박테리아의 성장을 억제할 수 있음을 나타냈습니다. 그러나 비피도박테리움 속은 홍차 페놀에 의해 억제되는 것으로 보고 되었습니다.

정상 또는 비만 쥐를 이용한 여러 동물실험은, 두 종류의 차 모두에 의해 장내 미생물의 다양성 증가와 피르미쿠트/박테로이데테스(Firmicutes/Bacteroidetes. 후벽균/의간균)의 비율 감소를 시사했습니다. 아커만시아(Akkermansia)의 증가 또한 녹차와 홍차 양쪽 모두에서 반복적으로 보고 되었습니다.

추가적으로 일부 기타 장내 박테리아에 대한 영향이 다양한 연구에서 기록되었습니다. 체외 및 동물 실험 외에도, 인간 개입 연구 또한 녹차의 10일 섭취가 비피도박테리움 속의 비율을 증가 시킬 수 있음을 나타냈습니다. 따라서 녹차와 홍차는 장내 미생물의 조절에 의해, 장내 환경에 대한 유의미한 영향을 행사합니다.

그러나 다른 무작위, 단일 맹검, 위약대조 인체 실험은, 녹차 추출물 12주 투여에도 장내 미생물 다양성에 대한 유의미한 변화가 없는 점을 발견했습니다. 아마도 해당 연구에서 차 페놀의 조절 효과는, 피험자 간의 상당한 개인간 다양성으로 인해 가려졌을 것입니다.

섭취량, 실험 피험자, 실험 기간, 박테리아 분석 방식에서의 다양성으로 인하여, 녹차와 홍차의 장내 미생물 조절 효과를 비교하고 명확한 결론을 내리기란 어렵습니다. 더욱이 일부는 상호간에 모순되는데, 예를 들어 박테로이드는 일부 논문에서 촉진되었다고 보고되었지만, 대조적으로 일부에서는 아니였습니다.

녹차와 홍차를 동일한 방법론적 접근으로 직접적으로 비교하는 것이, 아마도 차이를 이해하는데 더욱 적절한 방식일 것 입니다. 오직 한 연구만이 그와 같은 비교를 수행했으며, 이 연구는 비슷한 폴리페놀의 섭취 하에서 녹차와 홍차 모두가 비만 생쥐에 있어서 장내 미생물의 비율을 광범위하게 변화시켰으며, 유사한 장내 미생물 프로파일을 보였지만, 차 개입 없이는 장내 미생물 프로파일의 유의미한 차이를 보였다는 점을 시사했습니다

녹카 카테킨과 홍차 페놀의 구성요소와 결장에 있는 그 박테리아 대사물을 고려하면, 앞서 나타난 것 처럼, 두 종류의 차 모두가 장내 미생물 조절효과에서 일관성을 보인다고 추측하는 것이 타당합니다. 그럼에도 불구하고 장내 미생물 조절에 대한, 단량체 차 카테킨의 중합 정도에 대한 영향은, 정제된 화합물을 이용하여 보다 입증되어야 할 것 입니다.

차 페놀의 장내 미생물 조절 효과 기전

특정 장내 박테리아에 대한 차 페놀의 자극 효과는, 이들 미생물의 플라보노이드 화합물을 대사하는 능력과 연관될 수 있습니다. 예를 들어, 락토바실루스 플란타럼(Lactobacillus plantarum) 균주와 같은 특정 락토바실러스는, 페놀 화합물을 에너지를 얻기위한 기질로써 이용 가능합니다. 락토바실루스 속 과 비피도박테리움 속 에 대한, 페놀의 이러한 선별적인 성장 자극은, 예를 들면 일반적으로 프리바이오틱스(prebiotics)라 언급되는 이눌린(inulin)과 갈락토올리고당(galactooligosaccharide)의 자극 효과와 유사합니다.

차 페놀의 억제 효과와 관련하여, 차 폴리페놀은 이차 식물 대사물로써 식물의 방어에 중요한 역할을 한다는 점이 오랫동인 인지되어 왔습니다. 수많은 연구들은, 녹차 카테킨과 홍차 페놀 모두가 매우 다양한 병원성 및 부패성 박테리아의 성장을 억제할 수 있음을 입증했습니다.

예를 들어, 카테킨류는 장내 미생물 뿐만 아니라, 세레우스균(Bacillus cereus), 캄파필로박터 제주니(Campylobacter jejuni), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 대장균(Escherichia coli), 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori), 레지오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila), 미코박테륨 속(Mycobacterium spp.)과 같은, 식품매개 및 기타 병원성 박테리아에 대항하는 강력한 항균제로 여겨집니다.

더욱이, 홍차 또한 고초균(Bacillus subtilis), 대장균(E. coli), 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris), 슈도모나스 플루오레스센스(Pseudomonas fluorescens), 살모넬라 속(Salmonella sp.), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 등등에 대한 억제 효과를 나타냈습니다.

박테리아에 대한 차 페놀의 억제 효과 배후에 있는 기전과 관련하여 가장 널리 받아 들여지는 기전은, 막을 방해하는 능력에 의한 것 입니다. EGCg는 노출된 그람-양성 박테리아의 펩티드글리칸(peptidoglycan) 층에 직접적으로 결합할 수 있으며, 펩티드글리칸에서 교차 결합의 분열을 야기 합니다. 일단 펩티드글리칸 층이 파괴되면, 그 보호 효과가 감소되고 투과성이 증가하여, 결과적으로 박테리아의 생존능력 상실이 야기됩니다.

그람-음성 박테리아는 그 외막이 세포질 펩티드글리칸 층을 보호하는 덕분에, EGCg에 대해 덜 민감합니다. 또한 그람-음성 박테리아의 외막은 EGCg를 억제하는 음전하 지질다당류(lipopolysaccharides)로 구성되어 있으며, 또한 중성 ph 범위의 수용액에서 음전하를 갖습니다.

그러나 가정된 펩티드글리칸 층의 파괴는 차 페놀의 조절 효과를 완전히 설명 할 수는 없는데, 락토바실루스, 비피도박테리움, 라크노스피로세(Lachnospiraceae), 오실로스피라(Oscillospira)를 포함하는 여러 그람-양성 박테리아는 카테킨에 취약한 것으로 보이지 않기 때문입니다.

펩티드글리칸 층에 대한 직접적인 결합에 의해 박테리아 세포 표면에 손상을 주는 것 외에도, 차 페놀의 억제 효과를 설명하기 위한 다른 가설들 또한 제시되어 왔습니다. 예를 들어, 카테킨류는 전자 하나를 용존 산소에 제공함으로 인해 과산화수소를 생성할 수 있으며, 따라서 그람-양성 및 그람-음성 박테리아 양쪽에 대해 간접적인 세포 표면 손상과 산화 스트레스를 유발할 수 있다고 보고 되었습니다. 그럼에도 불구하고, 장관의 혐기성 환경을 고려하면, 이 같은 과산화수소 형성의 유의미성은 논란의 여지가 있습니다.

* 동일 원인인지는 불명확하지만, 물에 인공적으로 산소를 넣으면 카테킨 추출량이 낮아지고, 수소를 넣으면 추출량이 높아진다고 함.

마지막으로, Vandeputte는 카테킨류가 여러 쿼럼-감지-연관(quorum-sensing-related) 유전자 (lasB, rhlA, lasI, lasR, rhlI, rhlR)의 발현을 감소시키고, 그로인해 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa. 녹농균) PAO1의 독성 인자 생성을 억제한다고 기록했습니다.

종합하면, 이러한 연구들은 차 페놀의 장내 미생물 조절 효과에 대한 예비적인 해석을 제공합니다. 그럼에도 불구하고 장내 미생물 생태계의 복잡성으로 인하여, 정확한 기전은 여전히 모호하며 추가 연구가 필요합니다.

= 녹차와 홍차의 장내 미생물 연관 건강 잇점

과학 발표의 상당한 수가 차 페놀의 생리활성을 입증했으며, 그 대부분은 항산화 특성과 숙주 또는 세포에 대한 직접적인 영향에 중점을 두었었습니다. 앞서 언급되었듯, 섭취 이후 차 폴리페놀의 많은 부분이 흡수되지 않고 온전히 결장에 도달하며, 이곳에서 이어서 장내 미생물에 의해 페놀산 또는 기타 작은 박테리아 대사물로 전환됩니다. 동시에 장내 미생물의 구성도 조절 될 것입니다. 이와 같은 차 페놀과 장내 미생물 간의 호혜적 상호작용(reciprocal interaction)은 최종적으로 숙주에게 건강 잇점을 줄 것입니다.

녹차 카테킨과 홍차 페놀의 대사물에서 유래하는 건강 잇점

다양한 하이드록실 패턴과 곁사슬 길이를 가진 페놀산은, 섭취 후 녹차 카테킨과 홍차 페놀 모두의 흡수를 위한 주요 대사물 입니다. 이들 페놀산의 건강 유익 특성과 관련하여, Crozier는 이 화합물들이 성장, 증식, 세포사멸과 같은 세포 기능에 대한 필수적인, 여러 세포 내 신호전달 성분에 대해 조절 효과를 줄 수도 있다는 것을 보여 주었습니다.

또한 Duynhoven 그리고 Chen과 Sangdms는, 혈소판 응집 억제, 앤지오텐신(angiotensin)-전환 효소(ACE) 활성, 저밀도 지질단백질(LDL)과 적혈구의 산화, 산화 스트레스 유발 세포독성, 혈관확장의 향상, 항염증 잠재성, 결장 섬유아세포의 보호 등을 포함하는, 이들의 생리활성 가능성을 검토했습니다.

따라서 이 대사물들은 아마도 그 원래 형태보다 더 숙주에 대해 건강 잇점을 발휘할 것입니다. 만일 그렇다면 홍차 페놀의 일부가 테아플라빈에서 보여지듯(그림 3), 페놀산 보다는 숙신알데하이드 유도체로 전환되기 때문에, 홍차 페놀의 건강 증진 잠재성의 일부는 잃어버릴 수도 있습니다

녹차 카테킨과 홍차 페놀에 의해 유발된 장내 미생물 조절에서 유래하는 건강 잇점

차 페놀에 의해 유발되는 장내 미생물의 변형 또한 특정한 건강 잇점을 행사할 수 있습니다. 가장 뚜렷한 결과는 락토바실루스와 같은 유익한 박테리아의 자극과 클로스트리듐 같은 병원성 박테리아의 억제입니다. 이외에도, 기타 오묘한 건강 잇점들이 장내 미생물 생태계 조절을 통하여 차 페놀에 의해 부여될 수 도 있습니다.

예를 들어 앞서 나타났듯, 아커만시아는 녹차 카테킨과 홍차 페놀 모두에 의해 촉진됩니다. 이 점액(점막) 분해 미생물은 점액 층에 존재하며, 쥐의 내독소혈증, 지방 조직 염증, 지방 체중 증가 인슐린 저항성과 역 상관관계을 보였습니다. 더욱이 녹차 카테킨은, 이전에 임상 및 동물연구에서 마른 표현형(날씬한)과 연관되어 있었던 의간균과 오실로스피라를 자극하고, 이전에 동물 실험에서 대장 암과 연관되어 있던 Peptostreptococcaceae를 억제하는 것으로 발견되었습니다.

장내 미생물 다양성의 증가와 후벽균/의간균의 비율 감소는 녹차와 홍차 섭취에 대한 여러 연구에서 흔히 발견됩니다. 인간 피험자와 설치류의 자료는, 비만이 장내 미생물 다양성의 감소 및 이(후벽균/의간균) 비율의 증가와 연결되어 있는 반면, 차 섭취가 균형을 회복할 수 있음을 밝혔습니다. 또한 그람-음성 박테리아의 외막 구성분이자 면역 반응을 유발 할 수 있는 지질다당류(LPS)가, 비만 쥐의 차 섭취에 의해 감소 되는 것으로 보고 되었습니다.

요약하면, 차 페놀에 의해 유발된 장내 미생물의 조정은, 점액층의 무결성에 더욱 기여하며, 염증 과정을 약화하고, 대사 장애를 조정하는 등, 녹차와 홍차 페놀 모두의 프리바이오틱 잠재성을 강조합니다.

건강 잇점에 대해서는, 녹차는 일반적으로 홍차에 비해 더 많은 관심을 받고 있으며, 더 높은 항산화 활성 때문에 보통 홍차보다 더 선호 됩니다. 그럼에도 불구하고, 그들의 유사한 골격 구조, 유사한 낮은 생체이용률, 잠재적으로 유사한 결장 대사물을 고려하면, 엄밀하게 녹차가 홍차에 비해 더 나은 건강 증신 특성을 갖는다는 충분한 증거가 없습니다.

이러한 증거를 얻기 위해서는, 차 페놀과 장내 미생물간의 상호작용을 보다 광범위하게 연구하는 것이 중요합니다. 답변되어야할 핵심 문제는 (i) “flavan-3-ol 등가물의 동일 용량에서 시작하여, 결장 발효에서 홍차 페놀으로부터의 페놀산 복원(회수)은 녹차 카테킨의 것과 비교하여 어떠한가?” 그리고 (ii) “ 녹차 카테킨과 홍차 페놀은 장내 미생물 조절 효과에 있어서 다른가?” 입니다.

* 즉 홍차 페놀의 생체이용률이 녹차 카테킨과 비교해서 어느 정도 차이를 갖는지 그리고 홍차 페놀과 녹차 카테킨의 장내 미생물 조절에 있어서 어떤 차이가 있는지 확인해야 한다는 뜻 입니다.

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요약

녹차와 홍차, 즉 불발효차와 발효차는 가공에 의한 성분 차이가 발생하지만 비슷한 건강 효과를 나타내는 경향이 있습니다. 주요 생리활성 성분은 녹차의 경우 EGCG 같은 카테킨류이며, 홍차의 경우 테아플라빈과 같은, 카테킨에서 변화된 페놀류 입니다. 그간 이러한 성분들이 직접적으로 인체에 미치는 영향을 연구해왔지만, 이것만으로는 다른 성분들이 비슷한 건강 증진 효과를 내는 원인을 파악하기 어려웠습니다.

장내 미생물에 대한 차의 영향을 연구하는 것은, 이러한 답을 찾기 위한 연구 다변화 중 하나입니다. 장내 미생물은 소화에 중요한 부분이며, 상당히 많은 연구에서 차 성분이 유익한 박테리아 성장을 촉진하여 건강한 장 생태계 구성을 돕는다는 결과들이 있습니다. 이 장내 미생물은 소화뿐만 아니라, 정신건강에도 영향을 미칠 수 있다는 가능성도 제기되는 등, 많은 가능성을 보이는 분야입니다. (물론 밥 잘 먹고 소화 잘되면 만사형통입니다만, 미생물이 활동하면서 만들어 내는 성분에 영향을 받는다고 합니다)

아직까지는 부분적인 추론을 바탕으로 합니다만, 직접적인 흡수를 통해 간에서 대사된 녹차 카테킨 중 일부가 순환계를 통해 장으로 분출되어 미생물에 의해 분해된 반면, 홍차 페놀류는 복잡성으로 인해 거의 흡수되지 않고 결장까지 도달하여 미생물에 의해 흡수되기 좋은 구조로 분해되는 되는 것으로 나타났습니다. 이러한 과정에서 유익균이 증가하는 것으로 보이며, 반면 병원성 박테리아 같은 유해성균은 억제되는 것으로 나타났습니다. 또한 장내 미생물에 의해 분해된 성분들은, 보다 단순한 구조로 인하여 원 성분보다 효과적일 것으로 예상됩니다.

보이차의 경우, 숙성 정도에 따라 녹차(쇄청모차, 생차 초기)와 가깝다가, 성분변화에 의해 점차 홍차(생차 중후기, 숙차)의 특징적인 성분을 갖게 되기 때문에 그에 따라 비슷한 경향을 보일 것으로 보입니다. 다만 보이차의 경우 산화보다는 미생물에 의한 성분변화가 보다 우세하기 때문에, 산화에 의해 나타나는 성분변화와는 구성비율이나 대사생성물에서 일부 차이점이 있을 것이며, 그에 따른 약리적 효과등이 차이가 있을 것으로 보입니다.

차가 주는 이로움은, 일직선적인 성분 반응이 아니라 복합적임을 보여주는 사례라 하겠습니다.

끝.  V 1.1.0

[현월]

감사합니다

[상파]

일독 감사합니다.

[大坪[대평]]

보이차도 해당이 되겠죠...ㅎㅎㅎ
상파님 메리 크리스마스... 부산서 보낼끼요...

[상파]

보이차에 살고 있는 미생물이 먼저 수고해주는 덕분에, 사람에게 흡수가 더 편하고 좋지 않을까 생각하고 있습니다. 추운 겨울 따끈하게 지내시려고 부산 내려가시군요. 메리 크리스마스 입니다.

[무설자]

서론과 결론만 읽게 되지만
깊이를 더하는 차생활에 큰 도움이 됩니다.
하수상한 시절이지만 즐거운 연말 되십시오. ^^

[상파]

본문은 결론을 위함이니, 서론과 결론만으도 충분한 듯 합니다.
올 한해 좋은 마무리 되시길 바랍니다.

[우천(又泉)]

찻잎으로 만든 차 임에도 녹차와 홍차가 분해 흡수되는 신체장기가 다른 이유는 발효도에 기인한 것인지요?

좋은 공부가 되었습니다.
고맙습니다 _()_

[상파]

네, 보통 발효라 부르는 산화과정(홍차)이나 미생물 대사(숙차)를 통해 차 카테킨 성분이 차갈소, 갈산등으로 변하게 됩니다.

홍차의 산화 성분들은 본래 카테킨 구조 보다 복잡스러워진 덕분에, 위나 소장에서 흡수가 잘 되지 않고 결장으로 내려가 그곳에서 살고 있는 미생물들에 의해 분해되게 됩니다. 따라서 홍차의 경우 주된 흡수는 결장에서 이루어지는 것 같다고 판단하는 것 같습니다.

녹차의 경우는 카테킨이 위와 소장에서 일부 흡수되어 간에서 대사되며, 단순한 구조일수록 더 잘 흡수되는 경향이 보입니다. 다만 이 성분들은 흡수되더라도 전부 이용되지 못하고 어느정도는 원래 형태로 장으로 배출되는데, 장내 미생물들이 이를 다시 분해시켜 보다 흡수하기 쉽게 만드는 것으로 생각됩니다.

아직 완전하게 밝혀지지는 않았습다만, 둘다 장내 미생물을 이용한다는 점은 같더라도, 서로 다른 문으로 들어오는 느낌입니다.

[우천(又泉)]

자세한 답글에 감사드립니다.

알고 마시면 더 바람직하겠지만 인체에 미치는 복잡미묘한 차의 내재 요소와 생화적 작용은 너무 어렵습니다.

좋은 날 찻자리 함께 할 수 있기를 바라며 건안하시길 빕니다._()_

[마기]

요즘 장내 미생물 관련 책을 탐독 중인데 이곳 차관련 자료에도 마침 있어서 잘 보고 갑니다. 차를 마시고 정신건강을 이롭게 한다는 말도 이제 옛말은 아닌 것 같습니다. 차생활이 바쁜 일상 중에 접하기 힘들지라도 실보다 득이 더 많다는 것들이 증명되어 가고 있으니 점점 시간을 내어서 차생활 입문하시는 분들이 늘어나지 않을까 싶습니다.