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베러에이징을 위한 핵심 키워드 오토파지와 스페르미딘

2022.07.20




 
결코 피할 수 없는 노화, 노화된 세포의 건강한 리셋을 원한다면, 오토파지 시스템 그리고 스페르미딘과 마이크로바이옴의 관계에 주목할 것.






최근 노화를 바라보는 시각이 바뀌고 있다. 단지 겉으로 드러나는 변화에만 초점을 맞추어 인위적으로 노화의 속도를 늦추기 위해 애쓰는 것이 아닌, 세월의 흔적이 조금 드러나도 자연스럽게 나이 들어가는 모습을 더욱 건강하고 아름다운 모습으로 여기는 것.

이제 ‘안티에이징’이라는 표현이 무색할 만큼 더 이상 노화는 외부의 도움으로 맞서 싸워야 하는 대상이 아니라 그 자체로 당연하면서도 건강한 삶의 방식을 통해 나 다운 아름다움으로 승화하는 이른바 ‘베러에이징’에 가까워지고 있다. 진정한 베러에이징을 이루기 위해서는, 우리 몸을 이루는 가장 작은 단위인 ‘세포’를 얼마나 오랫동안 건강한 상태로 유지하는 지가 핵심.

세포는 일정한 주기로 분열과 증식, 퇴화를 거듭하며 정상적인 구조와 기능을 유지하는데, 시간이 흐르면서 다양한 내외부적 요인으로 인해 그 균형이 무너지거나, 세포에 데미지가 누적되고 이를 제때 복구하지 못하면 본래 구조와 기능을 잃고 노화에 진입하기 때문이다.

세포 노화는 어느 단계에 얼마나 적절히 대응하는가에 따라 그 속도와 결과가 충분히 달라질 수 있기에, 보다 근본적인 차원에서 세포의 성장과 복구의 건강한 리듬을 회복시켜줄 솔루션이 필요하다.












우리 몸의 세포는 계속해서 새롭게 태어나고 죽는다. 다만 각각의 세포는 서로 다른 수명을 지니고 있어, 지속적인 분열과 합성, 분해 과정을 거치며 끊임없이 교체될 뿐이다. 한편 이와 같은 대사 과정을 통해 세포 내부에
서는 생존에 필요한 에너지와 물질이 만들어지는데, 동시에 세포질 내 변형된 단백질 성분이나 기능이 저하된 세포소기관(미토콘드리아) 등 불필요하고 손상된 대사폐기물이 발생하게 된다.

이처럼 손상된 세포가 오랫동안 남아 부정적인 영향을 미치지 않도록 세포에는 이를 자체적으로 분해하여 깨끗한 세포 환경을 유지하는 재활용 시스템이 존재하며, 이것이 바로 오토파지(Autophagy; 자가포식)이다.

그 원리는 다음과 같다. 세포질 내 변형된 단백질이나 손상된 세포소기관이 발생하면 일종의 쓰레기 봉투 역할을 하는 이중막 구조의 자가포식소체(Autophagosome)에 둘러싸여 세포 내의 다른 성분들과 선택적으로 분리되는데, 이후 단백질 분해 효소를 함유한 리소좀(Lysosome)과 융합하여 분해되며 결과적으로 세포 안에서 다시 활용할 수 있는 에너지 대사 산물로 탈바꿈하게 된다.













단순하게 노후화된 세포를 제거하면 끝이라 생각할 수 있지만, 세포 입장에서 내부의 작은 손상을 수리하기 위해 완전히 사멸(Apoptosis)하거나 텔로미어 길이를 단축시키면서 새롭게 분열하는 것은 비효율적이므로, 이를 대신하여 기존 세포 내에서 문제가 되는 부분이나 망가지고 쓸모 없는 것을 모아 다시 생존에 필요한 에너지로 바꾸어 사용하거나 세포소기관을 만드는 원료로 재활용하는 것이 더욱 합리적인 대안이 된다.

세포를 자동차에 비유했을 때, 낡고 오래되어 사고의 위험을 지닌 수준에 이르러 폐차하는 것이 세포사멸이라면, 망가진 바퀴나 배터리만을 부분적으로 수리하고 교체하는 것이 바로 오토파지라고 볼 수 있는 것. 오토파지는 세포 내 불필요한 성분을 제거하는 것 외에도 이를 활용해 추가적인 에너지를 공급하여 세포가 건강하게 장수할 수 있는 토대를 마련한다.

이외에도 몸 속에 침투한 세균이나 바이러스를 제거하며 세포를 보호하는 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서 오토파지 시스템을 적절히 컨트롤 할 수 있다면, 세포 내에서 병 들고 고장 난 부분을 자연적으로 치유하여 노화 과정을 직접적으로 늦추며 세포를 보다 젊고 건강하게 유지할 수 있다.

실제 알츠하이머 및 파킨슨 병과 같은 신경퇴행성 질환에서 발생하는 유해 단백질을 분해하며, 암 세포의 사멸을 이끄는 오토파지의 활용효과가 관찰되면서 노화로 인한 각종 질병의 발생을 억제하는 것으로 밝혀졌다. 한편 1960년대 오토파지에 대한 개념이 처음 밝혀진 이래로, 지난 2016년 일본의 한 학자에 의해 오토파지의 구체적인 메커니즘이 규명되었고 공로를 인정받아 노벨 생리의학상을 수상하면서 오토파지의 잠재력이 널리 알려졌다.




이처럼 세포 스스로 오토파지를 적극 활용하면 충분히 노화를 방지할 수 있을텐데, 그럼에도 불구하고 결국엔 세포가 노화할 수밖에 없는 이유는 무엇일까? 그 이유는, 안타깝게도 오토파지 시스템이 아무 때나 작동하는 것이 아니며, 그 속도는 나이가 들수록 점점 느려지기 때문이다.

대개 오토파지는 세포에 일정 수준의 스트레스가 가해질 경우, 그로 인해 세포 스스로가 필요성을 인지할 때 활성화된다. 가장 대표적인 상황이 바로 세포 내 영양소의 결핍. 세포가 분열하는 과정에서 세포 안으로 들어오는 에너지가 급격하게 부족해지면, 세포는 긴축을 위해 오토파지를 활성화한다.

최근 유행하는 간헐적 단식이나 칼로리 제한식이 이러한 원리를 이용한 것. 하지만 이는 모든 사람에게 최적의 선택이라 장담할 수 없으며, 경우에 따라 오히려 건강상의 위험이나 부작용을 불러 일으킬 가능성도 배제할 수 없다.









이에 단식이나 식이 제한을 대신하여 유익한 효과는 모방하되 해로운 영향을 제한하며 자연적으로 오토파지를 활성화할 수 있는 물질로 최근 주목받고 있는 것이 바로 스페르미딘(Spermidine). 스페르미딘은 모든 살아있는 유기체에 존재하는 천연 폴리아민(Polyamine; 2개 이상의 아미노기를 가진 물질) 성분의 일종이다.

폴리아민은 세포 내 아미노산인 아르기닌에서 합성되며 세포의 성장과 증식 및 사멸, DNA 및 RNA 구조의 안정화, 미토콘드리아 대사 촉진, 텔로미어 길이 보존, 효소 활성과 같은 세포의 다양한 생물학적 메커니즘에 필수불가결한 영향을 미친다. 최근 연구에 따르면 폴리아민의 일종인 스페르미딘이 노화가 진행되는 과정에서 세포사멸을 막고자 오토파지 기능을 활성화하여 불필요하고 손상된 세포 구성요소를 제거, 궁극적으로 노화 반응을 지연시키고 세포 수명을 연장하는 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.

이외에도 스페르미딘은 인간 피부에서 상피줄기세포 관련 케라틴 단백질의 발현과 증식을 자극하고 항염 및 항산화 작용과 더불어 면역 체계를 강화하는 데 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 스페르미딘의 감소는 가늘어지는 모발, 약화된 손발톱, 가시적인 주름까지 각종 노화 현상을 동반한다.





한편 스페르미딘이 체내에서 합성되어 기능적으로 작용하기까지, 장내 미생물 생태계를 의미하는 마이크로바이옴(Microbiome)이 절대적인 역할을 한다. 이외에도 체내 폴리아민 수치는 영양 공급이나 세포의 생합성을 통해 결정되기도 하는데, 대부분 나이가 들어가면서 자연적으로 감소하는 경향을 보이며, 노화가 진행될수록 스페르미딘을 합성하는 데 영향을 미치는 장내 미생물 군집이 변화하는 것이 가장 주된 원인으로 지목되고 있다.

즉, 장내 마이크로바이옴 환경의 변화, 마이크로바이옴 대사 과정에 문제가 생기면 이는 곧 스페르미딘의 합성 저하를 이끌어 오토파지의 활성을 저해하고, 그 결과 노화 및 이와 관련한 질병의 발생을 촉진할 수 있는 것. 일례로 나이 든 생쥐를 대상으로 한 임상 연구에 따르면, 폴리아민 생산을 돕는 특정 프로바이오틱스(LKM512, Bifidobacterium lactis)를 경구 투여함으로써 혈중 스페르미딘의 농도를 높여 노령 쥐의 장 건강을 손상시키는 염증을 억제하고 수명을 연장할 수 있다는 결과와 함께 체내 스페르미딘 농도가 장내 미생물 군집에 직접적으로 의존하는 것으로 밝혀졌다.

또한 프로바이오틱스와 함께 폴리아민 전구체인 아르기닌을 함께 적용하면, 이것이 스페르미딘 합성을 자극하는 프리바이오틱스 역할을 하여 생체 내에서 이용 가능한 스페르미딘 수준이 상향 조절되는 것으로 밝혀졌다. 이외에도 스페르미딘과 마이크로바이옴의 관계를 노화된 피부 세포를 중심으로 살펴본 연구도 있다.

국내 한 연구진에 따르면, 피부에 서식하는 마이크로바이옴의 대사 과정에서 생성되는 스페르미딘이 노화된 피부 세포에서 콜라겐 합성 및 지질 분비에 관련한 특정 유전자의 발현을 유도하여 피부 구조와 장벽 기능 회복에 기여하여 전반적인 안티에이징 효능을 나타내는 것으로 알려졌다

















그렇다면 오토파지를 활성화할 수 있는 방법은 무엇일까? 현재 알려진 가장 좋은 방법은 간헐적 단식이나 소식을 통한 칼로리 제한 식이. 세포 안으로 들어오는 영양 공급을 일시적으로 줄일 때, 세포가 이러한 결핍을 인지하고 불필요한 성분을 분해하며 내부 에너지를 사용하는 방향으로 대응하여 오토파지가 활성화되는 원리다.

역설적이지만 세포를 오랫동안 젊고 건강하게 유지하는 데 있어 과도한 영양은 오히려 문제가 될 수 있는 것. 다만 핵심은 완전한 절식이 아니라, 평소 식단에서 단백질이나 비타민, 무기질과 같은 영양소를 골고루 섭취하는 것을 유지하되 전체 섭취 칼로리만 30~40%가량 줄이거나, 음식을 섭취하고 공복 상태를 유지하는 시간을 조절하는 방식이어야 한다.

예를 들면, 하루 8시간 동안만 음식을 섭취하고 나머지 16시간은 공복을 유지하거나 칼로리가 낮은 음료만 마시거나 또는 일주일에 5일은 하루 세끼 평소대로 음식을 섭취하고 나머지 2일은 일일 칼로리 섭취량의 약 1/4 수준으로 유지하며 단식하는 식. 더불어 탄수화물의 섭취 비중을 가급적 줄이는 것이 좋은데, 과도한 탄수화물의 섭취에 의해 인슐린 분비가 급증하면 오토파지를 억제하는 mTORC1 신호전달경로를 활성화함으로써 세포 내 오래된 단백질이나 세포소기관의 분해가 둔화되어 세포 노화를 촉진하는 결과를 초래할 수 있기 때문이다.

이러한 원리는 저탄고지 식이요법 중 하나인 케토제닉 식단과 맞닿아 있으며, 케토제닉 식단은 우리 몸으로 하여금 탄수화물에 포함된 포도당 대신 지방을 연료로 쓰게 만들어 케톤을 생성하고 전반적인 대사 상태를 바꾸어 오토파지를 일으키는 것으로 알려져 있다.









간헐적 단식이나 칼로리 제한식을 적절히 활용한다면 오토파지를 활성화하는 데 충분히 효과적이지만, 성장기나 임신 혹은 질병으로 인해 이와 같은 식단 조절이 불가능하거나 이를 오랫동안 고수하여 영양소가 불균형해지면서 오히려 신체 컨디션이 악화되는 경우도 있다.

이러한 경우, 간헐적 단식이나 칼로리 제한식의 이점을 모방하여 자연적으로 오토파지를 유도하는 스페르미딘이나 폴리아민이 풍부한 식품과 합성 보충제를 선택하는 편이 대안이 될 수 있다. 게다가 체내 스페르미딘 함량 자체가 시간이 갈수록 감소하기 때문에, 외부 공급원을 통해 섭취하는 것이 좋다.

스페르미딘은 주로 밀 배아, 쌀겨, 콩, 견과류, 버섯, 브로콜리, 콜리플라워, 완두콩, 병아리콩, 피망, 청국장, 낫토, 숙성 치즈 등 신선 식품에 많이 함유되어 있다. 이처럼 식품을 통해 섭취한 스페르미딘은 어떠한 형태로의 분해 과정 없이 장에서 흡수되어 혈액을 타고 생체 내에서 효율적으로 사용되기에 적절히 섭취하기만 하면 신체가 충분히 활용할 수 있다. 그러나 식사로부터 섭취하는 스페르미딘 양을 정확하게 제어하기란 어려울 수 있으므로, 보충제 형태로 추가 섭취하는 것도 좋은 방법이다





스페르미딘을 직접적으로 보충하는 것 외에도 프로바이오틱스를 통해 장내 미생물 환경의 다양성과 균형을 유지하면, 체내 폴리아민의 합성을 자극하여 스페르미딘 수치를 높임으로써 오토파지 활성에 도움을 줄 수 있다. 장내 미생물의 구성은 식이요법과 가장 밀접한 관계가 있기에, 미생물이 건강하게 생존할 수 있도록 먹이가 풍부한 환경을 조성하고 유익균과 유해균이 최적의 비율로 공존할 수 있는 식단을 섭취하는 것이 핵심.

예를 들어, 정제하지 않은 통곡물(귀리, 보리, 호밀 등)이나 저항성 전분(식은 밥, 익히지 않은 감자 등)과 발효 식품(김치, 청국장, 낫토 등), 해조류(김, 미역, 다시마) 등 채소와 과일(버섯, 콩, 브로콜리, 당근, 토마토, 사과)을 섭취하는 것.

이는 비교적 천천히 소화되어 그 영양분이 장내 미생물에 그대로 도달해 마이크로바이옴 환경을 건강하게 유지하는데 도움을 준다. 이외에도 장내 상재하는 유익균인 락토바실러스(Lactobacillus), 비피도박테리움(Bifidobacterium) 등을 영양제로 함께 섭취하는 것도 좋은 방법이 될 수 있다





References 1. Spermidine-induced recovery of human dermal structure and barrier function by skin microbiome│Kim G. et al.│Communications Biology│2021 2. Spermidine: a physiological autophagy inducer acting as an anti-aging vitamin in humans?│Madeo F. et al.│Autophagy│2019 3. Spermidine in health and disease│Madeo F. et al.│SCIENCE│2018 4. Longevity in mice is promoted by probiotic-induced suppression of colonic senescence dependent on upregulation of gut bacterial polyamine production│Matsumoto M. et al.│Public Library of Science│2011 5. Spermidine Promotes Human Hair Growth and Is a Novel Modulator of Human Epithelial Stem Cell Functions│Yuval R. et al.│PloS One│2011








 

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