‘우리 몸 전체에서 염증 수준을 낮추고, 나이가 들면서 발생하는 질병을 지연시켜 오래 살려면 음식을 적게 먹어야 한다.’

미국과 중국 과학자들은 최근 실험용 쥐에게 칼로리 제한 식이를 실시한 뒤 세포에서 일어나는 효과를 가장 상세하게 기술한 새 연구 보고에서 위와 같은 결론을 내렸다.

칼로리 제한 식이(calorie-restricted diet)가 주는 이점은 이미 오래전부터 알려져 왔다. 그러나 이번 연구는 칼로리 제한 식이가 세포 경로에서 어떻게 노화를 방지할 수 있는가를 자세히 보여줌으로써 건강 수명 연장과 항노화약 개발에 도움을 줄 것으로 보인다.

이번 연구는 생명과학저널 ‘셀’(Cell) 27일 자에 발표됐다. [관련 동영상]

논문 시니어 저자인 미국 소크(Salk) 연구소 유전자 발현 연구실 후안 카를로스 이즈피수아 벨몬테(Juan Carlos Izpisua Belmonte) 석좌교수는 “우리는 칼로리 제한이 수명을 증가시킨다는 사실을 익히 알고 있었으나, 이번 연구에서는 그 원인이 되는, 단일 세포 수준에서 일어나는 모든 변화를 보여주었다”고 밝혔다.

그는 이번 연구 결과가 궁극적으로 인간의 노화를 치료할 수 있는 약물 개발로 이어질 것이라고 말했다.

칼로리 제한이 전반적으로 염증과 많은 노화 관련 유전자 활동을 감소시키는 한편, 여러 다양한 세포 기능에도 영향을 미치는 방법을 묘사한 그림. © Salk Institute

효과적인 노화 치료제는 ‘칼로리 제한’

노화(aging)는 암과 치매, 당뇨병, 대사증후군을 비롯한 많은 질병을 일으키는 가장 큰 위험 인자로 알려져 있다. 동물 실험에서 이런 노화 관련 질환에 대한 가장 효과적인 치료법 중 하나는 칼로리 제한으로 확인됐다.

그러나 많은 연구자들은 유기체가 나이를 먹으면서 개별 세포들이 많은 변화를 겪는다는 사실은 알고 있으나, 칼로리 제한이 이런 변화에 어떻게 영향을 미치는지는 알지 못했다.

벨몬테 교수와, 현재 교수로 중국에서 연구하고 있는 그의 연구실 동창 세 명을 포함한 연구팀은 통상적인 먹이를 먹인 쥐들과 그보다 칼로리를 30% 줄인 먹이를 먹인 쥐들을 비교 연구했다.

실험 대상 쥐들은 생후 18개월부터 27개월까지 칼로리를 조절한 먹이를 먹였다. 이 연령대는 인간으로 치면 대략 50~70세 사이에 해당한다.

연구팀은 연구 시작과 종결 단계에서 56마리의 쥐에 있는 40개 유형의 세포에서 모두 16만 8703개의 세포를 분리해 분석했다. 이들 세포는 지방조직과 간, 신장, 대동맥, 피부, 골수, 뇌와 근육에서 추출했다.

이어 각각의 분리된 세포에서 단일 세포 유전자 시퀀싱 기술을 사용해 유전자 활동 수준을 측정했다.

미국 소크 연구소와 중국과학원 연구팀은 덜먹으면 오래 사는 이유를 처음으로 상세하게 세포 차원에서 밝혀냈다. 동영상 캡처. © Salk Institute

“노화 과정에서의 염증 반응, 칼로리 제한으로 억제”

연구팀은 또 주어진 조직 안에 있는 세포 유형의 전반적인 구성을 살펴본 다음, 먹이를 통해 늙은 쥐와 젊은 쥐를 비교해 보았다.

그 결과, 통상적인 먹이를 먹은 쥐에서 일어난 많은 변화들이 칼로리 제한 먹이를 먹은 쥐들에게서는 일어나지 않은 것으로 나타났다. 심지어 칼로리 제한을 한 늙은 쥐들의 많은 조직과 세포들은 젊은 쥐들의 조직이나 세포와 비슷했다.

전체적으로, 통상적인 먹이를 먹은 쥐들의 조직에서 나타난 세포 구성에서의 노화 관련 변화의 57%는 칼로리 제한 식이를 한 쥐들에게서는 나타나지 않았다.

논문 공동 교신저자인 중국과학원 광-후이 류(Guang-Hui Liu) 교수는 “이 접근법은 세포 유형들에 대한 칼로리 제한의 효과를 알려줄 뿐 아니라, 노화가 일어나는 동안 단일 세포 수준에서 무슨 일이 일어나는가에 대한 가장 완전하고 상세한 연구를 제공했다”고 밝혔다.

식이의 영향을 가장 많이 받은 일부 세포와 유전자들은 면역과 염증 및 지질 대사와 관련이 있었다.

대조군 쥐들에서는 조사된 거의 모든 조직에 있는 면역세포 수가 노화에 따라 극적으로 증가했으나, 칼로리 제한 쥐들은 노화(연령)에 의한 영향을 받지 않았다. 또 칼로리 제한 쥐들은 지방조직의 한 종류인 갈색 지방조직에서 많은 항염증 유전자 발현 수준을 젊은 쥐 수준으로 되돌렸다.

논문 공동 교신저자인 중국과학원 징 쿠(Jing Qu) 교수는 “이번 연구에서의 중요한 발견은 노화하는 동안에 일어나는 염증 반응 증가가 칼로리 제한에 의해 체계적으로 억제될 수 있다는 점”이라고 말했다.

소크 연구소 이즈피수아 벨몬테 교수(오른쪽)와 콘셉시온 로드리게즈 에스테반 선임연구원. © Salk Institute

“먹는 음식이 그 사람을 만든다”

전사 인자(transcription factor)는 많은 다른 유전자 활동을 변화시킬 수 있는 필수적인 마스터 스위치들로 알려져 있다. 연구팀이 칼로리 제한에 의해 변화된 전사 인자들에 주목했을 때 한 종류가 눈에 띄었다. 전사 인자 Ybx1의 수준이 식이로 인해 23개의 다른 세포 유형에서 변경된 것.

연구팀은 Ybx1이 노화 관련 전사 인자라고 보고, 그 영향에 대해 더 많은 연구를 계획 중이다.

논문 공저자인 소크 연구소 콘셉시온 로드리게즈 에스테반(Concepcion Rodriguez Esteban) 선임 연구원은 “‘먹는 음식이 그 사람을 만든다’는 말이 있는데, 우리는 여러 가지 면에서 그것이 사실임을 입증하고 있다”며, “나이가 들어감에 따라 몸의 세포 상태는 환경과의 상호작용에 달려있고, 여기에는 무엇을 그리고 얼마나 많이 먹느냐가 포함된다”고 말했다.

연구팀은 현재 이 연구 정보를 활용해 노화 약물 목표를 발견하고 건강 수명을 늘리기 위한 전략 마련에 힘을 쏟고 있다.

(출처 : 브릭)