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조금이라도 노화 과정을 늦추기 위해 할 수 있는 노력들을 알아본다.

[사진=게티이미지뱅크]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

소식은 평소 두 끼에 먹는 양을 세 끼에 나눠먹는다고 생각하면 간단하다./

사진=클립아트코리아

 

 

 

 

달리기/사진=클립아트코리아

노화를 늦추는 데는 근력운동보다 유산소 운동이 더 도움될 수 있다.

독일 라이프치히대 울리히 라우프스 교수가 이끄는 연구팀은 세 가지 유형의 운동이 우리 몸의 노화 세포에 미치는 영향을 연구했다.

연구팀은 젊고 건강하지만 이전에 활동적이지 않았던 성인 266명을 대상으로 6개월 동안 ▲지구력 강화 운동(달리기) ▲고강도 운동(고강도 운동과 저강도 운동 반복하는 인터벌 운동) ▲저항 운동(기구를 이용한 근력 운동)을 일주일에 3번, 45분씩 하게 했으며 총 124명이 연구를 완료했다.

연구팀은 참가자의 백혈구의 텔로미어 길이와 텔로미어 활성을 관찰했다.

텔로미어란 모든 세포 속에 들어있는 염색체의 말단 부분으로 나이가 들수록 짧아진다.

텔로미어가 다 닳으면 세포가 죽게 되는 것으로, 텔로미어가 짧아지면서 우리 몸의 노화도 함께 진행된다. 텔로미어가 짧아질 때는 여러 단백질이 관여하는데, 그 중 '텔로머레이스'라는 효소는 텔로미어가 짧아지는 과정을 방해한다.

연구 결과, 지구력 강화 운동과 고강도 운동을 받은 참가자에서 텔로미어 길이가 증가했다.

텔로머레이스의 활성은 2~3배 증가했다. 반면 저항 운동은 이러한 효과가 없었다.

텔로미어 길이가 길고 텔로머레이스 활성이 증가하는 것은 건강한 노화와 관련된다는 연구 결과는 이미 나와 있다.

연구팀은 지구력 강화 운동과 고강도 운동이 텔로미어 길이와 텔로머레이스 활성을 증가시킬 수 있는 이유를 혈관의 산화질소 수준에 영향을 미쳤기 때문으로 설명했다.

산화질소는 혈관 운동신경을 조절하며, 혈관 감염을 막고, 혈관을 확장시켜 혈류를 개선한다고 알려졌다.

이번 연구 결과는 유럽 심장 저널‘(European Heart Journal)’에 게재됐다.

한 노부부가 손을 잡은 채 계곡을 오르고 있다. 한겨레 자료

 

 

 

 

 

 

 

노화세포도 가속보다 잘 멈추는 것이 중요하다

 

 

 

쥐의 노화세포 제거 뒤 수명 연장 보여준 실험,

노화세포 없애는 ‘세놀리틱 물질’ 찾기 활발

 

 

 

 

 

 

 

처음 운전할 때의 일이었다.

필기시험과 기능시험, 도로주행시험을 모두 통과해 면허를 취득했지만 막상 도로에 나가서 혼자 운전하려니 겁난다.

하지만 당장 한 달 뒤부터 출근하기로 한 직장이 꽤 멀고 교통편도 마땅치 않아서 운전할 수밖에 없어, 결국 시내연수를 추가 신청해 연습했다.

그때 운전 연수 프로그램에서 만난 강사는 늘 제게 “속도를 잘 내는 것보다 속도를 잘 줄이는 것이 중요하다”고 말했다.

액셀러레이터를 밟기 전에는 전방만 잘 주시하면 된다.

하지만 브레이크를 밟을 때는 고려해야 할 것이 많다.

전방에 무엇이 있다고 성급히 급브레이크를 밟았다가는 관성의 법칙의 잔인함을 몸으로 체험하게 될 것이다.

게다가 관성은 내게만 통용되는 게 아니기에 갑자기 멈춘 나를 뒤차가 재빨리 알아차리지 못하면 2차 사고가 날 위험도 크다.

그러니 잘 멈춘다는 건 그만큼 고려해야 할 것이 많다는 뜻이다.

사멸과 사멸 방지를 동시에 활성화하는 노화세포

생명체가 살아가면서, 이런 순간이 종종 찾아온다.

더 큰 위험을 방지하기 위해 일단 멈춰야 하는 순간 말이다.

너무 많이 분열해 염색체 끝 손상이 일정 수준을 넘어서는 경우, 여러 이유로 디엔에이(DNA) 손상을 입은 경우, 유해산소에 지나치게 노출됐다든가, 그 밖의 이유로 세포 내 스트레스가 상당히 축적된 경우다.

이 경우 세포는 일단 분열을 멈추고 노화세포 상태로 들어간다.

이런 세포가 계속 분열하면 암세포가 될 가능성이 현저히 커지기에 더 큰 피해를 막으려 세포는 분열을 정지하고 노화세포가 된다.

노화세포가 되면서 일단 발등의 불은 끈 셈이지만, 그대로 둘 수는 없다.

가장 큰 문제는 암세포가 되는 것을 막기 위해 선택한 노화세포 자체가 주변 세포를 암세포로 만들 가능성이 더 크다는 것이다.

이게 무슨 아이러니일까.

이는 노화세포의 이중성에 있다.

노화세포는 세포사멸에 관련된 유전자와 세포사멸에 대응하는 유전자를 동시에 활성화한다.

즉, 노화세포는 세포사멸을 방지하는 유전자의 활성을 증가시켜 아폽토시스(Apoptosis·세포자살) 프로그램을 멈추고 보통 세포보다 더 오래 사는 동시에 인터류킨6(IL-6), 종양괴사인자(TNF-α) 등 세포사멸을 유도하는 분자를 더 많이 내보내, 오히려 세포사멸을 촉진하는 모습을 보이는 거다.

이때 만들어내는 세포사멸 인자는 노화세포뿐 아니라 주변의 다른 세포에도 영향을 미치고, 이로 인해 주변 조직에 만성 염증반응을 일으킨다.

보통 생체 내에서 염증반응이 일어나면, 이 신호를 받고 호중구 등 면역세포가 모여들어 원인물질을 제거한다.

상처를 입으면 히스타민 등 염증반응을 촉진하는 물질의 분비가 늘어나는 것은 이것이 신호탄이 되어 면역세포를 끌어들이는 구실을 하기 때문이다.

상처가 났을 때 주변이 붉게 변하며 부어오르는 것이 바로 면역세포를 끌어들이는 빨간색 경고등인 셈이다.

노화세포가 많아질수록 염증 신호는 장기화·만성화되고, 만성적인 염증반응은 면역세포를 교란해 이들이 원활하게 원인을 제거하지 못하게 한다.

마치 경고신호가 가끔 울려대면 재빨리 대응하지만, 매일매일 경고신호가 넘쳐나면 무시해버리는 것처럼 말이다.

그러나 경고신호를 무시한다고 물질이 사라지는 것은 아니어서, 이런 세포사멸 인자들의 분비는 주변 세포를 자극해 오히려 이들의 돌연변이를 유도할 가능성이 있다.

마치 나는 급브레이크를 밟고 폭주를 멈췄지만, 뒤따라오던 다른 차들이 제때 멈추지 못하고 핸들을 꺾어 2차 사고가 나듯이 말이다.

그렇다면 노화세포로 이런 부정적 결과가 나타난다면, 노화세포를 바로바로 제거하면 조직 손상과 시스템 활성 저하를 막을 수 있지 않을까?

노화세포 제거, 희망의 시작

미국 메이오클리닉의 연구진은 노화세포의 빠른 제거가 개체 전체의 노화에 어떤 영향을 미치는지 연구했다.

이들은 먼저 일부러 노화가 빨리 일어나도록 유전자조작을 한 생쥐, 즉 조로증에 걸린 생쥐를 대상으로 실험한다.

노화 방지 실험을 하기 위해서는 먼저 생물이 늙을 때까지 기다려야 하므로, 그 시간을 단축하기 위해 조로증 쥐를 만들어낸 것이다.

그리고 이 유전자조작 생쥐에 한 번 더 유전자조작을 해 INK-ATTAC 생쥐를 만들어낸다.

이 유전자는 평소에는 별다른 역할을 하지 않지만, 특정 약물을 투여하면 마치 스위치가 켜지듯 작용해 노화세포만을 골라 죽인다.

다시 말해  INK-ATTAC 조작 생쥐는 특정 약물을 투입하면 노화세포에만 선택적으로 폭탄이 터지도록 만든 쥐다.

이 생쥐를 어느 정도 키운 뒤 약물을 투여했더니, 원래 조로증이 있는 생쥐이지만 같은 조로증 생쥐에 견줘 훨씬 덜 늙는 경향을 나타냈다.

노화세포의 선택적 제거로 노화 방지가 가능하다는 희망을 보여줬다.

하지만 아직 샴페인을 터뜨리긴 이르다.

아쉽게도 유전자조작 생쥐는 겉으로 덜 늙어 보이는 것이 확실했지만 그렇다고 수명이 더 길어진 건 아니었고, 심장질환 등 흔히 노화와 연관된 질환의 발생 비율도 낮아지지 않았기에 노화 방지 연구의 또 다른 목표인 생명 연장 현상은 관찰되지 않았다.

생쥐의 수명이 더 늘지도 않았고, 게다가 일부러 조로증이라는 특수한 상황- 조로증이면 노화세포 수도 그만큼 많고, 애초에 유전적 조로증은 발현 확률이 수백만분의 1로 매우 낮아 매우 특수한 경우다.

유전자조작까지 한 경우라 보통의 생쥐에게도 동일한 현상이 일어나리라고 보장할 수 없었다.

하지만 특수한 경우이긴 해도 노화세포의 선택적 제거가 노화를 방지할 수 있다는 가능성은 많은 이의 관심을 불러일으켰다.

사람들은 이제 유전자조작을 하지 않은 건강한 보통 생쥐에게서도 노화세포 제거가 긍정적 결과를 일으키는지, 그렇다면 어떤 물질이 노화세포만을 골라서 제거할 수 있는지를 찾기 시작한다.

먼저 보통 생쥐에게서 노화세포를 제거하는 것이 노화를 지연시킨다는 것이 밝혀진다.

어떤 방식으로든 노화세포를 선택적으로 제거하면, 여러 노화 징후가 나타나는 속도가 느려지는 게 밝혀졌다.

이렇게 노화세포만을 골라서 없애는 것을 세놀리틱(Senolytic) 치료법이라고 하는데, 이제 남은 숙제는 더 효과적인 세놀리틱 물질을 찾아내는 것이었다.

신경세포, 노화 상태로 네트워크의 핵심

이후 몇 가지 물질이 세놀리틱 효과가 있음이 증명됐다.

조로증 생쥐의 경우 노화세포 제거가 수명 연장까지 이어지진 않았지만, 건강한 보통 생쥐에게서는 노화세포 제거로 수명이 늘어났다는 보고가 나왔다.

구체적인 물질 이름이 거론됐고, 2018년에는 제한된 임상시험도 이뤄졌다.

하지만 이미 몇 년이 지났음에도 아직 완벽하게 항노화 치료제로 인정된 물질은 없다.

다들 가능성뿐이다.

대개의 물질이 노화세포를 선택적으로 제거하는 기능이 완벽하지 않은 것도 하나의 이유지만, 더 근본적인 이유는 무조건 노화세포를 제거하는 것이 능사는 아니기 때문이다.

노화세포 제거에서 가장 걱정되는 것은 뇌 속 신경세포다.

신경세포는 어느 정도 자라면 분열을 멈춘 채, 다시 말하면 노화세포로 변모한 채 수십 년을 살아간다.

신경세포가 일찍 분열을 멈추고 오랫동안 노화된 상태로 살아남는 이유는 그들 자체가 체내 네트워크의 핵심이기 때문이다.

잘 알려졌듯이 태아는 사람의 일생에서 가장 많은 신경세포를 가진 존재이며, 이들이 자라는 과정에서 신경세포는 주변의 다른 세포들과 의미 있는 네트워크를 형성하는 것만 남고 나머지는 솎아지는 과정을 거쳐, 성인이 되면 처음의 절반 정도만 남는다.

이후 세포분열은 오히려 안정화된 신경계 네트워크를 교란할 가능성이 크기에, 일정 시기 이후 안정된 네트워크를 형성한 신경세포는 분열을 멈추고 노화세포 상태로 길게는 수십 년 동안 살아남는다.

그런데 이런 세포를 노화세포라고 하여 제거해버린다면, 다른 부위는 건강하게 오래 살아남아도 신경세포 손상으로 다른 문제가 생길 수 있다.

몸은 건강한데 정신이 퇴화한다면?

그건 단순히 늙는 것보다 더 큰 문제를 가져올 수도 있다.

그러니 노화세포를 보통 세포와 구별해야 하고, 꼭 필요한 ‘현명한’ 노화세포는 선별해야 하는 복잡한 문제를 해결해야 한다.

그러니 쉽지 않다.

생물은 디지털이 아니기에

생물의 가장 큰 특성은 디지털이 아니라는 것이다.

모든 기관과 조직과 세포가 유기적으로 연결됐기에, 하나의 시도가 단일한 결과를 가져오지 않는다.

단선적인 원인-결과를 파악하기 힘들고, 의학 발전에서는 섣부르게 시도했다가 끔찍한 부작용을 경험한 사례가 많다.

하지만 이제 약간의 희망이 보이기 시작했으니, 우리에게 남은 건 이 복잡하게 엉킨 실타래를 조심조심 펼쳐 가장 핵심적인 부분이 어디 있는지 찾는 일이다.

이은희 과학커뮤니케이터

인간 노화와 미토콘드리아와의 연관 관계에 대한 연구들이 진행되면서 미토콘드리아

치료제 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. 사진은 미토콘드리아 치료제 연구를

진행하고 있는 최용수 차의과학대학교 바이오공학과 교수. /사진=장동규 기자

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 팬데믹(세계적 전염병 대유행)이 엔데믹(풍토병화)으로 향하면서 사람들의 외부활동이 늘어나고 있다.

거리두기 해제 이후 마스크를 벗고 운동을 하는 사람들이 자주 보인다.

이런 활발한 활동은 일상회복의 신호이기도 하지만 어떤 이들에게는 건강을 크게 해치는 일이 될 수 있다.
신체 세포와 같은 유기화합물은 산소와 결합하면 이산화탄소와 물, 탄수화물 형태의 에너지를 생성한다. 과식이나 격한 운동을 한 경우 음식물을 분해·소화하기 위해 신진대사가 빨라지고 몸은 평소보다 많은 양의 이산화탄소와 물, 에너지를 만들어낸다.

신진대사가 빨라진다는 것은 세포 활동이 활발하고 산소 소비량도 많았다는 의미다.
산소 소비량이 많아지면 몸은 급속도로 노화된다.

마치 유기물이 산소를 만나 에너지와 물·이산화탄소를 배출하는 연소 반응식과 일치한다.

자신의 젊음과 건강을 유지하기 위한 운동이 노화를 오히려 앞당기는 셈이 되는 것이다.

새로운 치료제 개발에는 막대한 비용과 시간이 들어간다.

흔히 신약 하나를 개발할 때 10년의 시간과 1조원이 넘는 비용이 소요된다고 한다.

더군다나 관련 기술이 부족한 세포치료제 분야라면 시간과 비용은 더 커질 수밖에 없다.

지난 10일 최용수 교수가 미토콘드리아 치료제에 대해 설명하고 있다.

/사진=장동규 기자

미토콘드리아 주목한 줄기세포 연구자

줄기세포 연구자인 최용수 차의과학대학교 바이오공학과 교수는 이런 어려움에도 불구하고 미토콘드리아 연구에 뛰어든 대표적인 연구자다.
최 교수는 10년전 미토콘드리아 연구의 세계로 뛰어들었다.

우연히 읽은 미토콘드리아 치료 관련 논문이 새로운 세계로 이끌었다는 설명이다.

최 교수는 "10년 전 골수, 지방, 제대혈, 태반, 탯줄 등 다양한 줄기세포를 이용하는 세포치료제를 개발하고 있었는데 치료기전이 모호하고 그 효과가 오래 지속되지 않는다는 단점이 대두돼 기능이 강화된 줄기세포를 개발하려는 분위기가 한창이었다"면서 "그러던 중 줄기세포의 미토콘드리아가 손상된 세포의 대사를 되살리고 질병을 치료했다는 연구논문을 읽은 뒤 미토콘드리아에 대한 연구를 본격적으로 시작했다"며 연구 배경을 술회했다.

연구 초기 그는 인간의 노화와 연소작용 동일성에 집중했다. 유기물이 산소를 만나 에너지와 물, 이산화탄소를 배출하는 연소작용과 미트콘드리아가 에너지를 만들어내기 위해 호흡하는 메커니즘이 근본적으로 같다는 것이다.

최 교수는 "미토콘드리아는 세포 안에서 에너지를 생성하는 대신 그 부산물로 활성산소를 만들어내는데 이 활성산소는 세포 내에서 유전자나 단백질을 만나면 쉽게 반응해 세포를 손상시킨다"며 "미토콘드리아가 고장이 나면 에너지를 만들지 못하게 되고 반대로 너무 과하게 에너지를 만들게 되면 활성산소가 넘쳐나게 되는 것이다.

이 작용을 잘 조절할 수 있다면 새로운 치료제로 개발할 수 있겠다는 생각을 했다"고 설명했다.

최용수 교수가 미토콘드리아를 설명하면서 포즈를 취하고 있다.

/사진=장동규 기자

"자동차 엔진 교체하듯 손상된 미토콘드리아를 건강한 것으로 대체"최 교수가 연구하고 있는 미토콘드리아 치료제 기술은 크게 두 가지다.

줄기세포에 미토콘드리아를 주입해 환자에게 투여하는 것과 미토콘드리아 자체를 직접 환자에게 투여하는 것이다.

이를 위하여 준비한 미토콘드리아를 5분 안에 90% 이상 필요한 세포 안으로 전달시키는 기술을 개발했다.

기존의 연구와 다른 점은 미토콘드리아에 문제가 생기면 특정 약물을 이용해 그 문제를 개선하려고 했다. 다만 이런 접근 방법은 이미 망가질 대로 망가진 미토콘드리아 유전자를 근본적으로 다시 복구할 수 없다는 점에 주목했다.

기존 방법은 증상을 지연 또는 완화하는 것을 목표로 하는 치료제라는 설명이다.

미토콘드리아를 주성분으로 하는 최 교수의 기술은 손상된 미토콘드리아를 건강한 미토콘드리아로 대체해 근본적인 손상을 회복시키는 것을 목표로 하는 면에서 차이가 있다.

최 교수는 "자동차의 엔진이 고장 난 경우 이 엔진을 새것으로 교체해 주는 것과 같이 세포의 엔진에 해당하는 미토콘드리아가 고장이 난 경우 건강한 미토콘드리아를 외부에서 채취해 인위적으로 세포 내로 넣어주는 것이다"라며 "세포 내부로 들어간 건강한 미토콘드리아는 활성산소의 양을 낮추고 전체적으로 기능이 저하된 대사기능을 복구하여 세포의 활력을 복구하게 된다"고 설명했다.

최 교수가 미토콘드리아를 환자에게 투여하는 방법을 생각한 것은 미토콘드리아가 지니고 있는 특성 때문이다.

미토콘드리아도 세포 호흡을 오래하게 되면 죽거나 망가지게 되는데 손상된 미토콘드리아가 정상적인 미토콘드리아보다 늘어날 경우 신체 조직도 함께 망가지기 시작한다.

노인의 기초대사량이 떨어지고 운동해도 근육이 잘 안 생기는 것도 에너지를 소비·생성하는 미토콘드리아의 기능이 퇴화하기 때문이다.

지난 4월 최용수 교수 연구팀과 휴먼셀바이오와 공동개발하고 있는 미토콘드리아

건병증 치료제가 국가 지원 사업에 선정됐다. 최 교수는 "미토콘드리아 치료제가

많은 희귀질환 환자들에게 희망을 줄 수 있기를 바란다"고 밝혔다./사진=장동규 기자

멀지 않은 미토콘리아 치료제 개발…

국가 개발과제 선정미토콘드리아를 주성분으로 하는 신약을 개발하는 벤처회사들이 생겨나고 있지만 현재 미토콘드리아 치료제 개발 수준은 초기 단계다. 개발을 위한 기반 기술들도 여전히 부족한 상황이다.

한국의 경우 올 4월 최 교수 연구팀과 (주)휴먼셀바이오가 추진하는 '줄기세포유래 미토콘드리아를 이용한 건병증 치료제 개발' 과제가 정부 범부처재생의료기술개발과제에 선정돼 미토콘드리아 치료제 개발을 기대할 수 있게 됐다.

건병증(Tendinopathy)은 반복적인 과사용에 의해서 발병하는 질환으로 건에 염증과 세포외기질의 파괴가 수반되는 퇴행성 근골격계 질환이다. 전 세계적으로 1억명 이상, 국내에서도 한해 81만명의 환자가 발생하며 진료비가 1228억원에 달한다.

아직까지 미토콘드리아 원인성 질환을 치료하는 치료제는 없다.

최 교수는 미토콘드리아 치료제 시장이 빠르게 커지고 있는 만큼 치료제 개발을 통해 수많은 희귀질환 환자들에게 희망을 주고 싶다는 목표다.

최 교수는 "현재까지 알려진 미토콘드리아 원인성 질환이 300여종이 넘지만 아직 허가 받은 치료제는 없다.

미토콘드리아를 타깃으로 하는 치료제도 현재 임상을 진행하고 있는 약물(MitoQ)이 존재하지만 질병의 유발을 예방 또는 지연시키는 정도의 효과를 예상할 뿐 근본적인 치료를 기대하기 어려운 상황이다"면서 "미토콘드리아 치료제가 개발된다면 수많은 희귀질환 환자들에게 삶에 희망을 줄 수 있는 기술이 될 수 있을 것으로 기대한다.

노화와 관련된 질병들도 극복할 수 있게 되지 않을까 조심스럽게 생각하고 있다"고 강조했다.

<최용수 교수 프로필>
▲1974년생 ▲인하대학교 생물공학과 박사 ▲차바이오텍, 줄기세포연구소 연구소장

▲차의과학대학교 바이오공학과 교수

김윤섭 angks678@mt.co.kr

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