과학자들이 말하는 ‘늙음’의 진짜 원인(4)

[과학자들이 말하는 ‘늙음’의 진짜 원인] 세포 간 소통 변화, 만성 염증, 장내 세균 불균형

▲ 과학자들은 노화의 원인을 규명하고, 이를 토대로 노화를 막는 치료법을 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다. ⓒGettyImages

생물학 분야 최고 권위의 국제학술지 ‘셀(Cell)’은 2013년 ‘노화의 특징(The Hallmarks of Aging)’이라는 제목의 논문을 발표하며 생물학적 노화의 9가지 특징을 정리했다. 이후 10년간 추가된 연구를 종합하여 지난 1월 ‘노화의 특징: 확장판’을 다시 펴냈다. 사이언스타임즈는 지난 기사(관련 기사 보러 가기 ？ 과학자들이 말하는 ‘늙음’의 진짜 원인_1편, 2편, 3편)에 이서 노화의 생물학적 특징을 소개해보고자 한다.

노화의 원인 10: 세포 간 소통 변화

▲ 세포 내부에서 일어나는 변화를 넘어 세포 간 소통 변화도 노화와 밀접한 관련이 있다. ⓒGettyImages

사람의 몸은 약 30조 개의 세포로 구성된다. 우리 은하계에 있는 별보다 많은 수다. 이들 세포는 세포막을 통해 전기적 신호를 보내면서 서로 의사소통을 한다. 하지만 정밀한 소통 시스템에 문제가 생기면 노화가 진행된다. 즉, 세포 내부에서 일어나는 변화뿐 아니라 세포 간 소통의 변화도 노화와 밀접한 관련이 있다.

대표적인 반응이 염증반응이다. 외부에서 병원체가 침입하면 세포 간 소통을 통해 이 소식을 알리고, 면역세포가 병원체에 대응하기 맞서며 염증이 생긴다. 나이가 들면 세포 간 소통이 잘못 조절되어 염증반응이 증가하고, 병원균이나 악성 세포에 대항하는 면역 방어 능력이 감소한다. 또, 노화로 말미암은 변화가 하나의 조직에서 일어나면 세포 간 소통 때문에 다른 조직에도 문제를 일으킨다. 노화한 세포가 주변 세포의 노화를 유도한다는 것이다.

이를 역 이용하여 하나의 조직에 수명을 늘리는 조작을 가하면 세포 간 소통을 통해 다른 조직의 노화 속도도 늦출 수 있다. 노화와 젊음이 ‘전이’될 수 있다는 의미다. 여러 동물실험을 통해 젊은 피의 회춘 효과가 입증됐으며, 반대로 ‘늙은 피’를 투입한 쥐의 노화 속도가 빨려졌다는 연구결과도 있다.

노화의 원인 11: 만성 염증

▲ 만성 염증은 노화를 유발하는 여러 요인의 복합적인 결과로 발생한다. 오른쪽 소화기에는 염증 반응 제어를 통해 노화를 막으려는 여러 시도가 명시되어 있다. ⓒCell

세균이나 바이러스가 체내에 들어오면 면역반응을 일으키며 염증이 생긴다. 시간이 지나면 자연스럽게 없어지는 ‘급성염증’과 달리, 없어지지 않고 계속 생겨나는 염증을 ‘만성 염증’이라고 부른다. 만성 염증은 가랑비에 옷이 젖듯 몸을 천천히 망가뜨린다. 혈관을 타고 몸속 곳곳을 돌아다니면서 신체를 손상하고, 암 발병률을 높인다. 또 뇌세포를 파괴해 우울증, 알츠하이머성 치매를 일으키기도 한다. ‘기력이 약해졌다’ 표현을 자주 듣고는 하는데, 이 역시 만성 염증 때문이다. 만성 염증은 사람을 허약하게 만들어 ‘건강 장수’를 어렵게 하고, 빨리 늙게 한다.

노화는 올해 발표한 ‘확장판’에서 새롭게 추가된 특징이다. 이전에도 과학자들은 염증이 노화의 원인이 되리라 추측해 왔으나 증거를 찾지 못했었는데, 10년의 연구를 보태어 노화의 주요 원인 중 하나로 추가됐다. 노인들은 젊은이들보다 약 2~4배 정도 염증 전달 물질이 증가한다. 과도한 염증 반응은 오히려 독이 된다. 염증 물질이 증가하면 질병에 걸리는 비율과 사망률이 높아진다. 실제로, 100세 이상 장수자의 혈액을 조사했을 때 염증 물질이 상대적으로 적고, 염증 반응이 드물게 일어나는 유전자를 가진 경우가 많았다.

이를 역으로 이용하여 염증 제어를 통해 노화를 억제할 수 있는 시도도 진행되고 있다. 염증세포가 분비하는 ‘종양괴사인자(TNF-α)’를 조절하거나, 만성 염증을 일으키는 면역체계를 제어하는 분자(NLRP3)의 스위치를 꺼버리는 식이다.

노화의 원인 12: 장내 세균 불균형

▲ 인간의 장내 미생물은 노화 과정에서 크게 변화하며, 노화에 따라 생태적 다양성이 전반적으로 감소한다. ⓒCell

장내미생물 역시 이번 논문에서 새롭게 추가된 노화의 특징이다. 장내 미생물은 인체를 구성하는 필수 요소로 최근에서야 그 기능과 역할의 중요성이 높아지고 있다. 사람마다 다르지만, 대변 1g에는 약 1,000종류의 장내미생물이 1,000억~100조 개가량 있다. 장내미생물을 모두 합친 무게는 1~1.5kg으로 간 무게와 비슷하다. 그만큼 숙주의 전반적인 건강에 미치는 영향이 크다.

장내미생물의 노화와의 연관성이 밝혀진 건 최근 일이다. 장내 미생물은 숙주의 인종, 식습관, 생활 습관, 환경 조건에 따라 달라지기 때문에 노화와의 연관성을 규명하기가 어려웠다. 2021년 미국 연구진은 18~101세의 참가자 9,000여 명의 장내미생물을 분석하며 강력한 증거를 제시했다. 연구에 따르면 중년에서 말년으로 나이가 들어감에 따라 핵심 장내 미생물의 다양성은 점차 줄었지만, 사람마다 고유한 특성을 갖추는 것으로 나타났다. 하지만 건강하지 못한 사람들에게서는 고유성이 나타나지 않았다.

이런 점을 이용해 장내미생물은 수명을 예측하는 요소로도 사용하려는 시도도 진행되고 있다. 노화에 따른 장내 미생물 양상 변화는 40~50세의 중년에 시작된다. 건강한 노인과 그렇지 않은 노인의 장내 미생물 양상이 다르다는 점을 이용하면 건강하게 늙을지 여부를 판단할 수 있다.

한편, 장내 미생물을 이용해 노화를 막으려는 연구도 진행되고 있다. 대변을 이식해 회춘을 노리는 시도다. 한 연구에서 청년 물고기의 대변을 중년 물고기에게 먹였더니 수명이 무려 41%나 늘었다는 연구 결과도 나왔다. 노화에 따라 장내 미생물의 다양성이 상실되며, 유해균들이 장내 생태계를 압도하게 되는데, 젊은 대변을 이식해 장 환경을 재구성하면 수명을 연장할 수 있는 것이라고 연구진은 설명했다.

▲ 2023년 국제학술지 ‘Cell’이 제시한 노화의 12가지 특징. 마지막 편에서는 세포 간 소통 변화(Altered intercellular communication), 만성 염증(Chronic inflammation), 장내 세균 불균형(Dysbiosis)에 대해 다뤘다. ⓒCell