WHO는 일반인을 대상으로 비당류감미료의 건강 영향에 대하여 체계적 문헌고찰을 수행하였으며, 370개의 연구에 대한 광범위한 고찰 및 메타분석을 수행하였다[3]. 에너지섭취에 관한 26개의 무작위대조시험(randomized controlled trial, RCT)에 대한 메타분석 결과, 비당류감미료 섭취가 일일 총 에너지섭취를 134 kcal 이상 줄일 수 있으며, 특히 설탕 대체제로 사용할 때 두드러진 감소를 보였다[3]. 또한 설탕 섭취에 관한 12개의 RCT에서는 비당류감미료가 하루 평균 설탕 섭취량을 약 39 g 줄일 수 있다고 보고하였으며, 특히 설탕을 대체할 때 효과가 크게 보고되었다. 체중에 대한 29개의 RCT를 포함한 메타분석에서는 비당류감미료가 체중을 0.71 kg 유의하게 감소시켰으나, 코호트 연구에서는 비당류감미료 섭취가 오히려 체질량지수와 비만의 위험 증가와 연관이 있었다[3]. RCT의 하위 그룹 분석에서는 비당류감미료가 설탕을 대체할 때 체중이 감소하는 경향이 나타났으며, 연구 기간이 3개월 미만인 RCT에서 유의미한 체중감소가 관찰되었다[3]. 비만 또는 과체중의 성인을 대상으로 한 17개의 RCT를 분석한 또 다른 메타분석에서 역시 설탕을 물로 대체하였을 때, 체중 1.71 kg, 체질량지수 0.32 kg/m², 체지방 비율 0.6%가 유의하게 감소하였다[3].

WHO는 7개의 전향적 코호트 연구를 메타분석한 결과, 비당류감미료의 섭취가 증가할수록 모든 원인에 의한 사망률이 12% 증가하는 것으로 보고하였다[3]. 또한 4개의 전향적 코호트 연구에서는 비당류감미료의 섭취 증가가 심혈관질환 사망률을 19% 높인다고 보고하였다[3]. 세 개의 대규모 코호트 연구에서는 비당류감미료의 섭취 증가가 심혈관질환 발생 위험을 32% 높이는 것으로 나타났으며, 다른 5개의 연구에서는 뇌졸중 위험을 19% 증가시키며, 특히 출혈 및 허혈뇌졸중 모두에 대한 위험이 증가한다고 보고하였다[3].

한편, 비당류감미료와 암 관련 사망률 사이에 유의미한 연관성이 발견되지 않았으나 일부 사례 대조 연구에서는 비당류감미료가 방광암 위험을 31% 증가시킬 수 있다고 보고하였으며, 특히 사카린이 방광암과 연관이 있었다고 보고하였다[3].

WHO 보고서를 종합하면, 단기간 비당류감미료를 설탕 대체제로 사용할 경우 에너지와 설탕 섭취를 줄여 체중감소에 도움이 될 수 있지만, 장기간 사용 시 심혈관대사 위험 증가와 사망률 상승 등 잠재적인 부정적 영향이 있을 수 있다[3]. 이러한 연구 결과를 바탕으로 WHO는 체중 조절 또는 비전염성 질환 예방을 위해 비당류감미료의 사용을 권장하지 않았다[3]. 다만, 이 권고는 낮은 확실성의 증거에 기반한 것이며, 당뇨병환자 또는 당뇨병전단계 환자에 대한 연구는 제외되어 추가적인 평가가 필요하다.

비당류감미료가 혈당에 미치는 직접적인 영향에 대한 연구는 주로 RCT를 통하여 이루어졌다[3,11]. 비당류감미료 섭취 후 수시간 내의 단기간 혈당 변화를 조사한 29개 RCT에 대한 메타분석에서는 기저 혈당과 비교하였을 때 비당류감미료의 섭취가 혈당을 증가시키지 않았으며, 섭취 후 210분의 관찰시간 동안 혈당이 점진적으로 감소하였다[11]. WHO는 16개의 RCT를 포함한 메타분석에서 비당류감미료가 공복혈당을 유의하게 변화시키지 못하였다고 보고했으며, 당화혈색소와 HOMA인슐린저항성(homeostasis model assessment for insulin resistance, HOMA-IR)에서도 유의한 차이가 없었다[3]. 과체중 또는 비만한 성인을 대상으로 한 다른 메타분석 연구에서 역시 비당류감미료를 가당 음료 대신 사용했을 경우 공복혈당, 식후 2시간 혈당, 당화혈색소, HO-MA-IR에 유의한 차이가 없었다[3]. 당뇨병환자를 대상으로 한 3개의 RCT에서 역시 비당류감미료 사용 시 당화혈색소가 유의하게 감소하지 않았다[12].

비당류감미료가 당뇨병 발생 위험에 미치는 영향은 주로 대규모 전향적 코호트 연구를 통해 조사되었다[3]. WHO가 수행한 메타분석에서는 총 14개 코호트를 포함한 12개의 전향적 코호트 연구를 분석한 결과, 비당류감미료 섭취가 2형당뇨병 발병 위험을 23∼34% 증가시키는 것으로 보고하였다[3]. 또한 용량-반응 메타분석에서도 비당류감미료 섭취 증가에 따라 2형당뇨병 발생 위험이 증가하는 경향이 관찰되었다[13]. 또한, 105,588명의 참가자를 대상으로 중앙값 9.1년 동안 추적 관찰한 대규모 전향적 코호트 연구에서도 아스파탐, 아세설팜칼륨, 수크랄로스와 같은 비당류감미료의 섭취가 2형당뇨병 발병 위험을 크게 증가시키는 것으로 나타났다[14]. 이 연구에서는 저용량 구간에서 비당류감미료 섭취가 증가할수록 당뇨병 발생 위험이 급격히 증가하였으나, 고용량 구간에서는 위험이 평탄화되는 경향이 관찰되었다.

비당류감미료와 임신당뇨병 위험 간의 연관성에 대한 자료는 제한적이다. WHO 보고서에서는 임신당뇨병에 대한 메타분석은 이루어지지 않았고, 3개의 연구를 검토했으나 연구 간 일관된 결과가 도출되지 않았다[3]. 그러나 임신한 여성 1,472명을 대상으로 한 대규모 코호트 연구에서는 비당류감미료를 섭취하는 임산부의 임신당뇨병 위험이 58% 증가하는 것으로 보고하였다[15]. 또한 다른 최근 연구들이 비당류감미료와 임신당뇨병 발생 위험 증가 간의 연관성을 지속적으로 보고하고 있어 추가 연구가 필요하다[15-17].

2020년 Cochrane Reviews에서는 당뇨병환자를 대상으로 한 8개의 RCT를 메타분석하였다[18]. 이 메타분석에서는 비당류감미료의 사용이 설탕 및 위약과 비교하여 당화혈색소를 유의하게 감소시키지 못하였다. 또한 설탕과 비교하여 비당류감미료는 당뇨병환자에서 체중이나 콜레스테롤 수치를 유의미하게 감소시키지 않았다[18]. 그러나 연구 참여자 수가 적고 포함된 연구 수가 제한적이기 때문에 그 근거에 한계가 있으며, 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 설탕 대비 비당류감미료 사용과 관련된 부작용, 당뇨병합병증, 사망률을 보고한 RCT는 없었다[18]. 비당류감미료와 위약 간의 비교에서도 체중감소에 유의미한 효과가 없었으며, 비당류감미료는 위약에 비해 부작용 위험을 증가시키지도 않았다[18]. 위약 대비 비당류감미료와 관련된 당뇨병합병증이나 사망률을 보고한 RCT는 없었다[18]. 비당류감미료가 당뇨병환자에서 합병증 또는 예후에 미치는 영향에 대한 자료는 제한적이다. UK Biobank 데이터를 활용한 최근 연구에서는 6,676명의 2형당뇨병 환자에서 비당류감미료와 미세혈관합병증 간의 연관성을 중앙값 11.7년간 추적 조사하였다[19]. 연구 결과, 비당류감미료 또는 가당 음료를 소비하는 경우 용량 의존적으로 미세혈관합병증 위험이 높아지는 것으로 보고하였다. 또한 비당류감미료 또는 가당 음료를 차나 커피로 대체하면 미세혈관합병증 위험이 감소하였다[19]. 또 다른 UK Biobank 연구에서는 7,315명의 2형당뇨병 환자를 중앙값 6.1년 추적 관찰하였을 때, 비당류감미료 또는 가당 음료의 소비는 심혈관질환 발생을 용량의존적으로 증가시켰고, 비당류감미료를 커피로 대체하면 심혈관질환 위험이 유의하게 감소하였다[20]. 한편, 15,486명의 2형당뇨병 환자를 평균 18.5년간 추적 관찰한 Nurses’ Health Study에서는 가당 음료를 소비하는 경우 모든 원인에 의한 사망률, 심혈관질환 발생률 및 사망률이 증가한 반면, 비당류감미료는 유의미한 연관성을 보이지 않았다. 흥미롭게도, 가당 음료를 비당류감미료로 대체하는 것은 모든 원인 및 심혈관질환 사망률을 유의미하게 감소시켰다[21].