쑥은 일상에서 흔히 접하는 식재료 중 하나다. 국내 연구팀이 쑥의 효능 중 치매나 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환 예방 효과가 있다는 연구 결과를 발표해 주목을 받고 있다. 중앙대학교, 가천대학교, 그리고 농촌진흥청의 공동 연구 결과다.
뇌세포 보호하는 쑥의 효능
쑥의 효능은 꽤 깊은 역사를 가지고 있다. 오래 전부터 다양한 질병 치료 및 건강 증진을 위해 약재로 사용돼 왔기 때문이다. 쑥은 기존에도 염증을 가라앉히고 열을 내리며 해독 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 여기에 대해 뇌 건강과 관련된 효능이 있다는 점, 이를 현대 과학을 통해 객관적으로 검증했다는 점에서 이번 연구는 의미가 크다.
중앙대학교 식물생명공학과 이상현 교수, 가천대학교 한의예과 강기성 교수, 농촌진흥청 이윤지 박사는 공동 연구팀을 꾸려 쑥의 효능을 연구했다. 연구팀은 총 12가지 종류의 쑥 추출물을 대상으로 실험을 진행했다. 그 결과, 일부 추출물이 글루타메이트로 유도된 신경세포 손상을 억제하고, 뇌세포의 항산화 방어체계를 활성화하는 효과가 있음을 밝혀냈다.
연구팀은 먼저 실험용 신경세포주(HT22)에 글루타메이트를 처리함으로써 인위적인 산화 스트레스를 유도했다. 글루타메이트는 과도하게 활성화될 경우 신경세포를 사멸시킬 수 있는 물질로, 퇴행성 뇌질환과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 그런 다음, 12가지 종류 쑥 추출물이 어떤 작용을 일으키는지를 살펴, 그 보호 효과를 비교·분석했다.
실험 결과, ▲넓은잎외잎쑥(A. stolonifera) ▲덤불쑥(A. rubripes) ▲산흰쑥(A. sieversiana) ▲맑은대쑥(A. keiskeana) ▲비쑥(A. scoparia) ▲개똥쑥(A. annua) 등의 추출물이 글루타메이트로 인한 신경세포 사멸을 유의미하게 감소시키는 것으로 나타났다.
쑥의 효능 핵심 성분 ‘루틴’
쑥 추출물이 뇌세포를 보호하는 것은 어떤 메커니즘일까? 연구팀은 쑥의 효능을 명확히 규명하기 위해, 그 안에 포함된 9가지 주요 생리활성 물질을 분석했다. 그중 ‘루틴(Rutin)’이라는 성분이 가장 뛰어난 효과를 보인다는 것을 밝혀냈다.
루틴은 우리 몸의 자연적인 방어 시스템인 ‘Nrf2/HO-1 신호전달 경로’를 활성화한다. 이를 통해 세포를 산화 스트레스로부터 보호할 수 있게 돕는다. 마치 뇌세포에게 튼튼한 방패를 만들어주는 것과 같다. 항산화 방어 메커니즘은 현대 의학에서도 중요하게 다루는 요소 중 하나다.
이번 연구는 쑥이 갖고 있는 퇴행성 뇌질환 예방 효과를 분자 수준에서 명확히 규명했다는 데 큰 의미가 있다. 중앙대학교 이상현 교수는 “향후 동물실험 및 인체 적용 연구를 통해 기능성 식품 또는 천연물 기반의 퇴행성 뇌질환 치료제 개발로 이어질 수 있는 발판이 마련됐다”라고 밝혔다.
이번 연구는 국제 학술지인 <민족 약리학 저널(Journal of Ethnopharmacology)>에 게재됐다. 이상현 교수가 설립한 법인인 ‘한국천연물과학기술연구소(NIST)’를 통해 연구 지원을 받아 수행했다. 향후 복합 천연물의 시너지 효과, 약물전달체를 활용한 뇌조직 흡수율 개선, 행동학적 실험을 통한 효능 입증 등의 후속 연구를 예정 중이다.
(왼쪽부터) 중앙대학교 이상현 교수, 가천대학교 강기성 교수, 농촌진흥청 이윤지 박사 / 출처 : BRIC Bio통신원
<유럽 영양학 저널(European Journal of Nutrition)>에 지난 24일(목) 발표된 연구에 따르면, 커피 섭취가 ‘노쇠(Frailty)’ 위험을 줄이는 것과 관련이 있다. 하루 약 500ml~750ml의 커피 섭취가 노쇠 위험을 줄인다는 내용이다. 커피의 노쇠 예방 효과 연구 결과를 살펴본다.
노쇠와 노화의 차이
먼저, 노쇠가 무엇인지를 명확히 짚고 넘어갈 필요가 있다. 서울아산병원에서 운영하는 질환백과에 따르면, 노쇠는 신체 내·외부에서 발생하는 스트레스에 대한 저항 능력이 약해지는 것을 말한다.
흔히 ‘노화(Aging)’와 혼동하는 경우가 있는데, 이 둘은 명백히 다른 개념이다. 노화는 나이가 들어가며 발생하는 정상적인 과정이며, 노쇠는 정상적인 수준을 넘어선 근력 감소, 피로감, 보행 속도 감소, 의도하지 않은 체중 감소 등 비정상적인 노화를 의미한다.
아이러니하게도, 노쇠가 문제가 되는 이유는 정상적인 노화와 비교했을 때 구분하기가 모호하기 때문이다. 정상적인 수준의 노화에서도 삶의 질이 떨어졌다고 느낄 수 있으며, 반대로 노쇠에 해당하는 수준의 변화에도 명확한 불편함을 느끼지 못할 수도 있다.
다만, 일반적인 노화와 노쇠로 인한 증상은 아플 때 확연한 차이가 나타난다. 비일상적인 수준의 큰 스트레스 요인이 생기는 경우, 혹은 감기와 같은 가벼운 질환에 걸리는 경우, 노쇠를 겪는 사람은 쉽게 이겨내지 못하고 큰 병으로 발전할 위험이 높기 때문이다. 즉, 노쇠 자체가 어떤 문제라고 단정하기보다는, 작은 문제가 큰 병으로 번질 수 있는 잠재적 위험 상태라 할 수 있다.
노쇠와 노화는 비슷해보이지만 명백히 다른 개념이다. 다만, 현실적으로는 구분하기가 쉽지 않다 / 이미지 출처 : Motion Elements
커피의 노쇠 예방 연관성 확인
이제 커피에 대해 이야기해보자. 커피에 대해서는 여러 의견이 엇갈린다. 이로운 부분도 부각될 때도 있고 해로운 부분에 대한 경고가 제기될 때도 있다. 다만, 이번 발표된 연구에서는 커피의 이점, 그중에서도 커피의 노쇠 예방 효과에 방향을 맞추고 있다.
네덜란드 암스테르담 자유 대학교 공중보건연구소 연구팀은 ‘암스테르담 고령층 종단 연구(Longitudinal Aging Study Amsterdam, LASA)’로부터 55세 이상의 성인 1,161명을 선정해, 7년에 걸친 장기 추적 조사를 실시했다.
연구팀은 7년의 기간 동안 대상자들의 커피 섭취량을 조사하고, 노쇠 증상 발생과의 연관성을 찾아보고자 했다. ‘체중 감소’, ‘쇠약’, ‘탈진’, ‘보행 속도 감소’, ‘신체 활동 감소’의 5가지 지표 중 3가지 이상 나타나는 경우를 노쇠로 보았다.
추적 조사한 데이터를 분석한 결과, 습관적으로 커피를 많이 마시는 사람들은 전반적으로 노쇠 증상의 발생 위험이 낮아지는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 조사 결과를 바탕으로 유럽 식품안전청(EFSA)에서 하루 카페인 권장 섭취량을 400mg(125ml 기준 약 3~5잔)로 권고하고 있는 것이 적절하다고 보았다.
장점과 단점 사이 균형 필요
연구팀은 커피의 노쇠 예방 효과는, 커피에 포함된 항산화 성분에 기인한다고 보았다. 커피에는 강력한 항산화 성분 중 하나로 꼽히는 ‘클로로겐산’이 다량 포함돼 있기 때문이다. 클로로겐산은 주로 생두 상태일 때 함량이 높지만, 로스팅한 후에도 유의미하게 남는 것으로 알려져 있다.
항산화 성분은 체내에서 세포의 산화 스트레스를 완화하는 역할을 한다. 이를 통해 염증, 근감소증이 예방되는 것은 물론, 자연스러운 근육 손실도 줄여줌으로써 커피의 노쇠 예방 효과가 나타난다는 것이 연구팀의 결론이다. 또한, 노인들의 경우 커피를 섭취함으로써 인슐린 민감성을 개선하고 혈당 조절에도 도움이 될 수 있다고 덧붙였다.
다만, 앞서 이야기했듯 커피의 이로운 효과에만 집중해 과도하게 섭취하는 것은 바람직하지 않다. 특히 커피의 대표적 성분인 카페인은 각성 효과가 있는 화합물의 대표 주자다. 일정량 이상 섭취할 경우 수면의 질을 떨어뜨릴 수 있다는 점을 유념해야 한다.
이번 연구의 제1저자인 마그리트 R. 올트호프 준교수는 “사람들은 나이가 들어서도 건강을 유지할 방법을 끊임없이 찾는다”라며 “매일 커피를 섭취하는 것이 고령 인구의 노쇠 위험을 줄이는 데 기여할 수 있다는 걸 확인했지만, 보다 만족스러운 삶을 위해서는 이에 덧붙여 식습관도 점검해야 한다”라고 이야기했다.
생두 상태일 때 항산화 물질의 함량이 높지만, 로스팅된 후에도 충분한 양이 함유돼 있는 것으로 알려져 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
토마토의 다이어트 효과에 대해서는 한 번쯤 들어봤으리라 생각한다. 토마토나 수박 등 ‘붉은색’을 띠는 과일에는 ‘라이코펜(Lycopene, 리코펜이라고도 함)’이 함유돼 있다. 이 화합물은 간 기능 유지부터 체중 증가 예방에 도움이 되는 것으로 알려졌다. 이 연구 결과는 현지 시각으로 지난 24일부터 27일까지 열린 ‘2025 미국 생리학 학술대회(American Physiology Summit)’에서 발표됐다.
에스트로겐의 비만 억제 효과
라이코펜은 식물에서 자연적으로 만들어지는 항산화 물질이자 항염증 물질이다. 미국 노던 주립대학 연구팀은 토마토와 라이코펜이 비만에 어떤 영향을 미치는지, 토마토의 다이어트 효과는 어떤지를 알아보고자 했다.
이전 연구를 검토하던 중, 연구팀은 제브라피쉬가 한동안 과식을 반복했음에도, 식이 에스트로겐 보충제를 섭취함으로써 비만이 되는 것을 막았다는 연구 결과를 발견했다.
연구팀에 따르면 라이코펜을 비롯한 몇 가지 화합물들은 에스트로겐과 동일한 화학 경로에 영향을 미친다. 이에 연구팀은 식이 에스트로겐 섭취와 마찬가지로 토마토의 다이어트 효과도 나타날 것인지를 확인하고자 했다.
연구팀은 토마토 추출물, 라이코펜 보충제, 에스트로겐 보충제 등을 준비하고, 이를 포함한 식단이 어떤 결과를 가져오는지를 실험했다. 앞서 검토한 연구가 제브라피쉬를 대상으로 한 것에 착안해, 이번 실험에도 어류 모델을 활용했다.
토마토의 다이어트 효능
실험 결과, 토마토의 다이어트 효과가 에스트로겐 보충제를 먹는 것보다 효과적이라는 결과가 나왔다. 토마토 추출물과 에스트로겐 보충제를 각각 포함한 식단을 섭취하게 했을 때, 전체적으로 지방 함량이 높은 식단임에도 불구하고 체중 증가 억제 효과가 나타났다. 둘 중에서는 토마토 추출물을 포함한 경우가 더 효과적이었다.
한편, 에스트로겐 보충제와 라이코펜 보충제를 모두 포함시킨 식단을 섭취한 경우, 혈당 수치에서 분명한 이점을 보였다. 보충제가 없는 일반 식단에 비해 혈당 수치가 뚜렷하게 낮게 나온 것이다. 연구팀은 이를 통해 라이코펜 섭취가 간에서의 지방 분해를 촉진한다고 보았다.
이러한 효과는 무척 짧은 기간 내에 나타났다. 토마토를 섭취하기 시작한지 1주일 만에 신진대사에 유의미한 차이가 나타났다. 연구팀은 “비교적 단기간의 개입으로도 체중 증가를 예방할 수 있다면, 일상적인 식단을 조금씩만 조정해도 몇 주 안에 효과를 볼 수 있다는 근거가 된다”라고 말했다.
연구팀은 현재 염증, 지방 처리, 에스트로겐 대사와 관련된 유전자 발현을 추가로 분석 중이다. 또한, 다양한 토마토 품종들의 라이코펜 함량을 조사하고, 각각의 토마토를 섭취했을 때 대사에 미치는 영향이 어떻게 다른지도 추가로 연구할 예정이다.
다양한 토마토 품종별 라이코펜 함량이 각각 어떤 영향을 미칠지를 연구 중이다 / 이미지 출처 : Motion Elements
삼환형(왼쪽)에서 오환형(오른쪽)으로 확장하고, 산소나 황 등의 이종 원자를 도입한 플라빈 구조체 설계 가능 / 출처 : 카이스트 연구뉴스
인체 내에 자연스럽게 존재하는 조효소 ‘플라빈(Flavin)’을 활용해 ‘근적외선 발광’을 구현하는 기술이 개발됐다. 이는 기존의 적외선 발광 물질과 비교했을 때 생체 친화적이고 안정성이 높다는 특성을 갖는다. 의료 진단과 치료, 그 외 생명과학 분야에서 근적외선 활용 가능성이 더욱 확대될 것으로 기대된다. 연구 결과는 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 지난 15일(화) 게재됐다.
자연적 형광 분자 ‘플라빈’
플라빈은 인체의 에너지 대사 과정에서 중요한 역할을 하는 조효소(Coenzyme)의 일종으로, 비타민 B2(리보플라빈)에서 유래한 분자다. 여러 효소가 활발하게 작용할 수 있도록 돕는 보조 인자 역할을 하며, 지방산 산화, 아미노산 대사, 산화 스트레스 방어 등 생화학적으로 중요한 여러 경로에 관여한다.
플라빈은 이밖에 ‘형광 분자’로서의 특성도 가지고 있다. 자연적으로 빛을 흡수하고 특정 파장의 형광을 방출하기 때문에, 효소 및 단백질 연구에서 ‘표지자(probe)’로 활용돼 왔다. 예를 들어, 형광 신호를 발산함으로써 플라빈이 관여하는 효소의 활성 또는 위치 변화 등을 관찰할 수 있다는 것이다.
다만, 플라빈은 자연 상태에서 대부분 파란색부터 초록색 정도에 해당하는 짧은 파장의 빛을 낸다. 생물학적 센서로서는 유용하지만, 의료 진단과 같은 실용적 응용 분야에서는 다소 부족함이 있다. 짧은 파장의 빛은 조직 깊숙이 침투하기 어렵기 때문이다.
플라빈은 비타민 B2(리보플라빈)에서 유래한 분자로, 인체 적합성이 뛰어난 분자다 / Designed by Freepik
플라빈 파장, 근적외선까지 확장
카이스트(KAIST) 화학과 백윤정 교수 연구팀은 최근 이러한 플라빈 분자의 한계를 극복하는 연구 결과를 내놓았다. 플라빈 분자의 구조를 인위적으로 조절함으로써, 플라빈이 내뿜는 형광 파장을 기존 청색광~녹색광 영역에서 근적외선 영역까지 확장하는 데 성공한 것이다. 이는 근적외선 활용이 가능한 영역을 더욱 넓힐 수 있다는 가능성을 보여준다.
근적외선은 비교적 파장이 긴 광선으로 꼽힌다. 파장이 길고 에너지량이 낮아 인체 조직 깊숙한 곳까지 닿을 수 있으면서도 조직 손상을 최소화한다. 이 때문에 의료 영상이나 진단, 치료 등 다양한 영역에서 근적외선 활용 가능성은 주목도가 높다.
백윤정 교수 연구팀은 본래 3개의 고리를 갖는 플라빈의 핵심 구조를 5개의 고리로 확장했다. 여기에 산소(O)와 황(S) 같은 이종 원자를 정교하게 도입함으로써 분자의 전자 구조를 정밀하게 조절하는 새로운 합성 전략을 제시했다.
검증 결과, 황(S) 원자가 포함된 플라빈 구조체는 약 772㎚ 가량의 근적외선 영역에서도 빛을 내뿜는 것으로 확인됐다. 이는 현재까지 보고된 플라빈 유도체 중 가장 파장이 긴 사례다.
한편, 황을 포함한 플라빈 구조체는 ‘준가역적 산화 특성’을 보이는 것으로 확인됐다. 이는 산화-환원을 여러 번 반복할 수 있다는 뜻이다. 가장 간단한 예를 들자면, 체내에서 이루어지는 항산화 작용의 효율성과 지속성을 높이는 데 기여할 수 있다.
연구팀은 플라빈의 분자 구조를 미세하게 조절함으로써, 빛을 어떻게 흡수하고 방출할지를 원하는 대로 설계할 수 있음을 입증했다.
근적외선 활용 가능성 더 넓어져
근적외선은 인체 조직 투과력이 높기 때문에, 피부 아래 깊은 조직까지 도달할 수 있다. 플라빈 분자 구조를 변형해 근적외선 형광 프로브를 제작함으로써, 체내 깊숙한 곳에 위치한 염증 부위나 암 등의 이상 조직을 비침습적으로 관찰할 수 있다. 이는 질병의 조기 진단부터 수술 중 병변 확인에도 근적외선 활용이 가능하다는 의미다.
‘비침습적 모니터링 가능’이라는 특성은 이밖에도 여러 방면에서 응용 가능성을 가진다. 근적외선 발광 특성을 활용해, 체내 산소 포화도, 혈류량, 대사 상태와 같은 생체 내 변화를 실시간으로 정확하게 감지할 수 있을 것이다.
한편, 건강과 관련해 식품 내 유해 성분을 탐지하는 데도 응용할 수 있다. 손상을 일으키지 않고 성분 구조 등에 관해 필요한 정보를 얻는다는 측면에서 보면, 산업계에서 활용되는 ‘비파괴 검사’와 유사하다고 볼 수 있다.
이밖에 기존에 존재하는 적외선·근적외선 치료 기술의 발전에도 기여할 수 있을 것이다. 플라빈은 비타민 B2의 핵심 성분이기 때문에, 인체에 대한 독성이 매우 낮다. 플라빈을 광감각제로 사용할 경우, 인공적인 물질에 비해 부작용 위험을 한층 더 낮출 수 있다는 의미다.
카이스트 백윤정 교수는 “우리가 원하는 상황에 맞게 빛을 자유롭게 설계하고 활용할 수 있다는 뜻”이라며 “앞으로 우리 손으로 원하는 색과 성질을 가진 분자를 정밀하게 설계하고 만들어낼 수 있다는 가능성을 보여준 것”이라고 설명했다.
인체를 이루고 있는 세포는 자연의 법칙에 따라 ‘노화’된다. 이는 세포가 더 이상 분열하지 않으며, 맡고 있던 기능이 점점 저하되는 현상을 의미한다. 세포 노화는 다양한 질병과 직접적으로 연결된다. ‘건강한 노화’가 화두에 오르면서 세포 노화에 대한 연구가 활발해지는 이유다.
세포 노화가 발생하는 메커니즘과 원인은 무엇일까? 길어지는 노년기를 건강하게 보내기 위해, 세포 노화 속도를 늦추거나 회복할 수 있는 전략으로는 무엇이 있을까?
세포 노화의 메커니즘
세포는 본래 일정한 주기(cycle)에 따라 지속적으로 복제와 분열을 거듭한다. 이 과정에서 DNA를 복제하고 두 개의 딸 세포로 나뉘는데, 이는 ‘세포의 성장과 재생’을 이루는 중요한 과정이다.
각각의 세포는 특정한 기능을 수행하도록 ‘전문화’돼 있다. 운동을 가능하게 하는 근육 세포, 신호를 전달하고 정보를 처리하는 신경 세포부터 체내의 각 장기들은 저마다의 기능을 맡고 있는 세포로 구성된다. 이들은 복제와 분열 후에도 본래 맡고 있던 기능을 대대로 이어가며 지속하게 된다.
하지만, 세포의 분열은 무한하지 않다. 매 분열마다 세포의 ‘텔로미어’가 조금씩 짧아지게 되고, 일정 횟수 이상 분열하게 되면 그 세포는 ‘노화 상태’에 접어든다. 노화된 세포는 더 이상 분열을 하지 않으며, 본래 맡고 있던 기능도 저하된다. 또한, 자극에 취약해져 더 쉽게 염증 반응을 일으키는 원인이 되기도 한다.
텔로미어가 짧아지는 것은 세포의 자연스러운 수명이 줄어가는 과정이라고 볼 수 있다. 이외에도 흔히 알려진 ‘산화 스트레스’ 또는 ‘만성 염증’ 등도 세포 노화의 원인이 될 수 있다. 이런 작용들은 텔로미어 단축과 무관하게 정상 세포를 노화된 세포로 만드는 요인이다.
장기나 조직을 이루는 세포의 수는 천문학적으로 많지만, 그들 모두가 언젠가는 세포 노화라는 운명을 맞이한다. 다만, 수많은 세포들의 노화가 동시에 일어나는 것은 아니며, 저마다 다른 시기에 이루어진다. 인체가 점진적으로 노화되는 기본 메커니즘이다.
세포가 분열되며 텔로미어가 짧아지는 것은 인체 노화의 기본 원리다 / 이미지 출처 : Motion Elements
세포 노화 원인과 생리적 영향
세포가 노화되는 핵심적인 요인을 나누자면 두 가지로 압축할 수 있다. 시간이 지남에 따라 자연스럽게 발생하는 노화(텔로미어 단축), 그리고 유전이나 환경, 습관 등의 영향으로 발생하는 노화(후천적 요인)다.
텔로미어 단축은 생명체의 순리로 불가항력적인 요인이니 배제하도록 한다. 유전적 요인의 경우 개인의 특정 유전자가 세포의 자연스러운 노화 속도에 영향을 미치는 것이다. 이 또한 기본적으로 어찌할 수 없는 요인이지만, 현대 의료 기술은 유전자 단위까지 다루고 있으니 향후 어느 정도는 희망을 걸어볼 수도 있을 것이다.
이외의 나머지 요인은 개인이 일상에서 어느 정도 ‘통제할 수 있는 요인’이라 할 수 있다. 자외선 노출, 오염물질 흡입, 불건전한 생활습관 등이 모두 여기에 속한다. 이런 문제들은 세포에 불필요한 스트레스를 가하기 때문에 자연스러운 노화가 더 빨리 이루어지도록 하는 원인이 된다.
세포 노화로 인한 생리적 영향도 크게 두 가지 형태로 나타난다. 하나는 내부적인 영향, 즉 본연의 기능 저하다. 예를 들어, 근육을 이루는 세포(근섬유)들은 시간이 지나며 조금씩 노화돼 본래 기능을 잃는다. 100개의 근육 세포가 수행하던 기능을 80개 세포가 수행하게 되면 당연히 근육의 힘은 약해질 것이다. 전신의 장기와 조직들이 이런 식으로 점차 기능을 잃어간다.
또 하나의 예는 뇌 기능의 저하다. 뇌를 이루는 기본 단위는 신경 세포(뉴런)다. 인지력과 기억력, 감각과 운동 등 뇌가 관장하는 수많은 기능들은 각기 수많은 신경 세포들이 네트워크를 형성(시냅스)해 신호를 주고받으면서 이루어진다. 여기서도 100개의 뉴런이 담당하던 기능을 80개 뉴런이 맡게 되면 기능이 상대적으로 저하될 수밖에 없다.
다른 하나는 외부적인 영향, 즉 ‘자극’에 약해진다는 점이다. 가장 두드러지는 것이 면역 기능의 저하다. 모든 세포가 활발하게 제 기능을 수행할 때는 감염원이나 유해한 물질에 의한 자극을 효과적으로 이겨낼 수 있다.
하지만 노화된 세포가 많아지면 이 싸움에서 질 가능성이 높아진다. ‘병력이 많으면 유리하고, 적어질수록 불리해지는’ 지극히 간단한 논리다. ‘퇴행성 질환’이라는 말에 사용된 ‘퇴행’이라는 현상의 본질이다.
뇌 기능의 퇴행은 신경세포 수가 줄어들고 연결이 약해지는 것이 원인이다 / 이미지 출처 : Motion Elements
세포 노화를 늦추기 위한 ‘균형’
세포 노화는 시간의 흐름을 따른다. 시간이 흐르는 것은 멈출 수도, 되돌릴 수도 없는 현상이다. 하지만 생체 시계가 돌아가는 속도를 늦추는 것은 가능하다. ‘건강한 생활습관’이라 불리는 것들이 그것이다. 각각의 습관들은 어떻게 세포 노화를 늦추는 데 기여할까?
한 가지 포인트는 ‘항산화 균형’이다. 인체의 대사 과정에서는 ‘활성산소(ROS)’라는 물질이 생겨난다. 보통 ‘활성산소 = 나쁜 것’이라고 받아들이는 경향이 있는데, 실제로 활성산소는 비유하자면 ‘무기’와 같다. 예를 들면 면역 세포들이 체내에 들어온 병원균을 파괴할 때 사용하는 것도 활성산소다.
즉, 활성산소 자체를 완전히 없애야 하는 것이 아니라, 적절히 사용될 수 있도록 조절하는 것이 핵심이다. 무기가 너무 많아져서 무분별하게 사용되면 사회에 혼란이 초래되는 것과 같은 이치다. 이것이 바로 ‘산화 스트레스’라 불리는 현상이며, 항산화 균형을 유지해야 하는 핵심이 된다.
항산화 물질은 보통 섭취가 부족한 사람이 많기 때문에 ‘더 많이 섭취하라’고 권장하는 경우가 많다. 하지만 정답은 ‘균형’이다. 항산화 물질이 너무 많아버리면 면역 기능 유지 등 꼭 필요한 수준의 무기(활성산소)마저 부족해질 수 있기 때문에, 적당한 수준을 유지하는 것이 중요하다.
이와 관련해 중요한 또 한 가지가 바로 ‘운동’이다. ‘규칙적인 운동’을 강조하며, 보통 일주일 단위로 적정 운동시간은 어느 정도인지 제시하곤 한다. 이는 ‘너무 과도한 운동’은 오히려 세포 노화를 가속화하는 원인이 될 수 있기 때문이다.
운동을 하면 기본적으로 대사 속도가 빨라지기 때문에 그만큼 활성산소도 활발하게 만들어진다. 항산화 물질이 그에 맞춰 충분히 공급된다면 문제가 되지 않겠지만, 그렇지 않다면 몸 속에 ‘무기’가 잔뜩 돌아다니는 상황이 될 수 있다는 것이다.
이는 스트레스 관리를 강조하는 이유와도 같은 맥락이다. 만성적 스트레스는 면역 활동을 억제해 지속적인 염증 반응을 일으키고, 이로 인해 세포 노화가 한층 빠르게 진행된다. 스트레스 관리 기법으로 면역력을 원상복귀시키면 적어도 세포의 생체 시계가 더 빨라지는 일은 막을 수 있다.
신체의 시계가 더 빨라지는 것만 막을 수 있어도 상당한 효과가 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
노화 속도를 극복하는 길
상식적으로 세포의 노화는 멈추거나 되돌릴 수는 없다. 하지만 과학 및 의료 기술이 발전하면서 기존의 상식도 새로운 도전을 맞이하고 있다. 줄기세포 연구와 세포 배양 기술, 유전자 편집 기술, 항노화 치료법 등 다양한 방면으로 연구가 이루어지고, 일부 성과를 거두는 사례도 늘어나고 있기 때문이다.
이러한 사례들은 ‘멈출 수는 없고, 늦추는 것이 최선’이라는 기존의 패러다임을 뿌리째 뒤흔들 수 있는 근거로 쌓여가는 중이다. 과거로부터 기술의 발전 속도가 계속 가파르게 상승해왔던 것을 감안하면, 정말 ‘세포 노화를 멈추거나 되돌리는 것’이 현실적으로 가능해질지도 모를 일이다.
물론, 그렇게 된다고 해도 각자의 노력은 중요한 의미를 지닌다. 기술적인 혜택을 똑같이 누릴 수 있게 된다고 해도, 건강한 습관으로 세포 노화를 늦추려 노력한 사람들이 더 큰 효과를 볼 가능성이 높을 테니 말이다.
언젠가는 불가항력의 영역도 정복하게 될지 모를 일이다 / 이미지 출처 : Motion Elements
신체의 모든 기관은 산소를 소비하고 이산화탄소를 배출한다. 산소를 운반하는 혈액과 혈관 건강을 중요시하는 이유이기도 하다. 여기서 종종 소외되기도 하는 것이 허파, 즉 폐다. 체내에 도는 산소와 이산화탄소의 근본과도 같은 기관 말이다. 건강한 폐는 호흡기 질환은 물론 심혈관 질환, 그리고 여러 만성 질환의 예방에도 기여한다. 폐 건강에 좋은 습관을 알아보고 미리 실천하도록 하자.
폐의 기능과 건강에 따른 차이
폐의 기능 자체는 무척 심플하다. 호흡을 통해 들어온 산소를 받아들여 심장으로 보내고, 되돌아온 이산화탄소를 밖으로 내보낸다. 다만 그 세부적인 과정은 좀 더 복잡하다. 호흡으로 유입된 산소는 폐를 구성하고 있는 수많은 ‘폐포’를 통해 혈액에 녹아든다.
이때 혈액은 이산화탄소를 머금은 상태에서 폐포로 들어와, 가져온 이산화탄소를 내놓고 새로 들어온 산소를 받아간다. 이 과정을 ‘기체 교환’이라 한다. 즉, 폐 기능이 원활하다는 것은 정상적으로 기능하는 폐포의 수가 많다는 것, 그리고 각각의 폐포가 더욱 효율적으로 일하고 있다는 것을 의미한다.
건강한 폐가 되기 위해서는 무엇보다도 감염에 대한 저항력이 갖춰져야 한다. 호흡은 외부의 이물질이 들어올 가능성이 가장 높은 창구라 할 수 있기 때문에 감염 저항력이 매우 중요하다. 또한, 염증이 없이 깨끗한 상태가 유지돼야 한다.
여기에 더해, 폐가 건강하다는 것은 폐라는 기관 자체의 기능적인 우수함 이상의 의미까지 보아야 한다. ‘호흡’이라는 과정에 관여하는 전체 시스템이 건강해야만 폐도 최대의 효율성을 발휘할 수 있기 때문이다. 즉, 기관지와 기도는 물론 코와 인후의 모든 기관의 건강이 폐 건강에 직접적인 영향을 미친다는 것이다.
폐 건강에 영향을 미치는 요소들
폐 건강에 영향을 미치는 요소 중 가장 흔하게 거론되는 것이 흡연이다. 담배에 포함된 유해물질은 호흡을 통해 들어오는 공기에 섞여 들어와 폐에 직접적인 손상을 입힌다.
담배의 대표적 성분인 니코틴은 신경계에 자극하는 물질로, 담배를 끊지 못하게 하는 주요 원인이다. 니코틴은 혈관을 수축시켜 혈류 흐름이 줄어들게 함으로써 심장이 더 많이 뛰도록 하는 원인으로 꼽힌다. 또한, 니코틴은 기도와 폐에 염증 반응을 일으키는 원인이 되기도 한다.
니코틴과 함께 담배의 공통 유해물질로 꼽히는 타르의 경우, 고체 상태에서 끈적하게 엉겨붙는 성질을 갖고 있다. 기체 형태로 체내에 유입되지만, 조금씩 폐에 쌓이면서 폐포의 구조적 손상을 일으킨다. 폐포 기능의 저하는 결과적으로 폐 기능 저하로 이어진다.
이밖에도 담배 연기는 아세트알데히드, 포름알데히드처럼 자극성이 강한 물질을 포함하고 있다. 또한, 담배 연소 과정에서 발생하는 일산화탄소는 혈액 속 헤모글로빈과 결합해 산소 운반 능력을 떨어뜨리는 요인이 된다.
한편, 요즘 시대에는 흡연을 하지 않더라도 그에 못지 않은 위험 요인이 있다. 바로 ‘미세먼지’다. 공장이나 차량에서 배출되는 가스에 포함된 미세한 유해물질들이 호흡기를 통해 폐에 침투하는 것이다.
호흡기가 건강한 상태라면 기도 점막의 필터링 작용으로 어느 정도 유해물질을 걸러낼 수 있지만, 그것이 완벽하지는 않다. 게다가 미세먼지 중에서도 특히 입자가 작은 ‘초미세먼지’의 경우, 점막의 필터링으로도 거의 걸러낼 수 없기 때문에 폐 건강에 직접적인 악영향을 미친다.
폐 건강에 좋은 습관
흡연과 간접 흡연, 미세먼지 등으로 인해 폐 건강이 위협받는 요즘, 그로 인한 피해를 조금이라도 줄이기 위해 마스크를 착용하고 다니는 것이 권장된다. 이밖에 폐 건강에 좋은 습관으로 강조되는 것이 ‘항산화 성분’이다. 유해물질의 유입을 완전히 차단할 수는 없기 때문에, 체내 면역력과 저항력을 길러주는 방법으로 보완하는 것이다.
과일과 채소 등 각종 식물성 식품과 그것들을 원료로 삼아 만든 일부 가공식품에는 저마다 다양한 종류의 항산화 성분이 포함돼 있다. 그중에서도 특히 항산화 성분이 풍부한 식품으로는 블루베리 등의 베리류, 시금치나 브로콜리와 같은 녹색 채소류다. 이들을 골고루 섭취해주면 유해물질로 인해 체내에서 발생할 수 있는 과도한 산화 스트레스를 어느 정도 중화시킬 수 있다.
한편, 폐 건강에 좋은 습관으로 강조되는 또 다른 항목으로는 유산소 운동과 심호흡을 들 수 있다. 유산소 운동은 개별 폐포들의 기능과 효율성을 높이는 데 기여한다. 유산소 운동을 꾸준히 하게 되면 심폐 기능이 향상된다고 말하는 것도 이러한 원리 때문이다.
심호흡은 한 번의 호흡에 폐를 사용하는 면적이 넓은 호흡법이다. 보통 짧은 호흡은 폐의 일부까지만 공기가 닿았다가 빠져나간다. 하지만 깊게 숨을 들이마시게 되면 폐 하부에서까지 기체 교환이 일어나면서 훨씬 효율적인 산소 공급이 가능해진다. 일상에서 틈틈이 의식적으로 심호흡을 해보면 정신이 맑아지고 스트레스가 완화되는 효과를 얻을 수 있다.
냉정하게 말해, 현대사회를 살아가면서 미세먼지로부터 완전히 자유로워지는 것은 어렵다. 미세먼지로 인해 발생할 수 있는 건강 문제는 점점 더 많은 증거를 갖춰가고 있지만, 가장 핵심적인 문제는 그것을 피할 방법이 딱히 없다는 것이다.
현재로서는 그나마 마스크를 상시 착용하고 다니는 것이 피해를 줄이는 방법으로 제시된다. 하지만 건강의 핵심은 음식이라 했다. 미세먼지 배출에 도움이 되는 음식도 있지 않을까? 분명 있을 것이다. ‘미세먼지 배출 음식’의 종류와 가장 효과적인 조리법을 알아보도록 한다.
미세먼지와 체내 독소
우리는 편의상 ‘미세먼지’라는 이름으로 부르지만, 사실상 미세먼지는 단순한 먼지를 아득히 뛰어넘는다. 미세먼지의 정의만 봐도, 입자가 일정 크기 이하인 유해물질을 총칭하는 것이지 않던가. 보통 미세먼지는 입자 크기가 10㎛(마이크로미터) 이하, 초미세먼지는 입자 크기가 2㎛ 이하인 물질을 일컫는다.
국내에서는 KF 인증 마스크를 착용하면 상당 부분 필터링이 가능하다고 이야기한다. 실제 효과가 있을 거라 믿고 착용하기는 하지만, 그렇다 해도 100% 차단은 아니라는 게 문제다. 그렇다면 어떤 식으로든 체내에 유입됐을 때의 문제를 우려할 수밖에 없다.
미세먼지의 가장 큰 문제는 체내에 ‘축적’된다는 것이다. 예로부터 몸 속에 쌓여 독소가 된다고 이야기하는 중금속과 사실상 다를 바가 없다. 호흡을 통해 체내에 들어온 미세먼지는 폐를 비롯한 호흡기에 축적되며, 혈류를 통해 전신으로 퍼질 수 있다.
미세먼지로 분류되는 대부분의 물질들은 우리 몸에서 자연적으로 발생하는 것들이 아니다. 즉, 면역 체계 입장에서는 ‘이물질’이 되며, 공격하고 제거해야 할 대상이다. 자연스럽게 염증 반응이 일어나게 되며, 면역계가 제대로 작동하지 못하면 잠재적으로 더 큰 문제를 일으키게 된다.
미세먼지 배출 음식, 어떤 것이 있나
건강 관리에서 가장 중요한 것은 ‘먹는 것’이다. 앞에서 미세먼지의 정의와 특성을 다시 한 번 반복한 것은, ‘어떤 기준으로 미세먼지 배출 음식을 선택할 것인가’를 이야기하기 위한 포석이었다.
미세먼지는 결국 우리 몸에 있어서 유해한 이물질, 즉 ‘독소’라 할 수 있다. 따라서 체내 독소를 배출하는 데 효능이 있는 음식들에 집중하면 도움이 된다. 이쯤 되면 건강에 관심이 있는 사람들은 떠올리게 되는 단어가 있을 것이다. 바로 ‘항산화’와 ‘항염’이다.
미세먼지를 비롯한 독소는 세포에 손상을 일으키는 방식으로 피해를 준다. 따라서 독소와 직접적으로 싸울 수 있는 비타민 C, 세포 손상을 보호해주는 비타민 E 등의 항산화 성분들이 도움이 된다. 체내 축적된 이물질을 걸러내 배출하기 위해서는 장 건강도 중요하다. 즉, 섬유질도 함께 챙기면 좋다.
이런 조건들을 만족하는 음식을 우리는 잘 알고 있다. 시금치, 케일과 같은 녹색 잎채소, 그리고 블루베리를 비롯한 베리류 과일들이다. 한편, 해로운 물질로 인해 발생한 염증에는 오메가 3 지방산(이하 오메가 3)을 비롯한 불포화 지방산이 도움이 된다. 오메가 3는 연어와 고등어 같은 생선류, 그리고 호두나 아몬드 등 견과류를 통해 풍부하게 얻을 수 있다.
미세먼지 배출 음식에 적합한 조리법
미세먼지 배출 음식을 무엇을 선택하는지도 중요하지만, 그것들을 어떻게 조리하는지도 중요하다. 식재료는 어떻게 조리하느냐에 따라 영양 성분이 보존되기도 하고 파괴되기도 하기 때문이다.
가장 기본적으로는 제철에 맞는 신선한 과일과 채소를 선택하도록 한다. 특정 식품에 집착하기보다 다양한 과일과 채소를 골고루 섭취하려 하는 것이 도움이 된다. 항산화 성분은 종류가 매우 다양하고, 각각의 재료마다 다른 성분을 함유하고 있는 경우가 많으므로 제철에 맞는 재료를 선택하며 다양하게 먹는 노력이면 충분하다.
이런 재료들은 가급적 신선한 상태로 먹는 것이 좋다. 샐러드 형태로 섭취하거나 아니면 원재료의 영양소를 최대한 살릴 수 있는 스무디 형태가 가장 이상적이다. 생으로 먹을 수 없는 종류의 것이라면, 중약불에서 데치거나 찌는 방법이 가장 좋다. 물론 이 경우에도 가열 시간이 길어지면 영양소 손실율이 높아지므로, 조리 시간이 너무 길어지지 않도록 한다.
조리 기구의 재질도 중요하다. 스테인리스나 유리, 세라믹 등 비활성 재료로 만들어진 조리 기구를 사용하도록 한다. 미세먼지 배출 음식들은 신선한 상태로 먹는 것이 핵심이다. 따라서 조리한 음식은 가급적 빨리 섭취하도록 하고, 남을 경우 신선도를 유지할 수 있도록 보관하는 것이 중요하다.
염증은 면역 반응 과정에서 나타난다. 즉, 우리 몸에서 무척 흔하게 발생하며, 때때로 만성이 되는 경우도 있다. 보통 혈액검사를 통해 염증 수치를 확인할 수 있지만, ‘어느 부위, 어느 조직에 염증이 있는지’를 찾아내는 데는 한계가 있었다. 새로운 연구에 따르면 항체를 이용해 체내 어느 곳에 염증이 있는지를 알아낼 수 있는 가능성이 제기됐다.
산화 스트레스로 생성되는 화합물
미국 클리블랜드에 위치한 케이스 웨스턴 리저브 대학 연구팀은 ‘항체를 사용해 염증을 감지하는 방법’을 개발했다. 연구팀이 설명한 핵심 메커니즘은 다음과 같다. 염증이 일어나면 면역 세포가 해당 부위로 이동해 활성산소종(ROS)을 내뿜는다. 이때 발생하는 화합물의 종류 및 농도를 감지함으로써 어떤 조직, 어떤 장기에 이상이 생겼는지를 알아볼 수 있다.
ROS는 세포의 산화 스트레스를 유발하는 주요 원인이다. 조직과 장기 세포의 노화 및 손상을 일으키는 원인이기에 보통 해로운 것으로 인식되지만, 한편으로 보면 병원균이나 미생물을 사멸시킬 때도 똑같은 작용을 한다. 면역 세포가 염증 부위를 회복할 때 ROS를 사용하는 이유다.
ROS는 세포막에 존재하는 지질과 반응해 ‘에폭시케토옥타데칸산(EKODE)’이라는 화합물을 형성한다. EKODE는 DNA, RNA에 있는 ‘시스테인’이라는 아미노산과 반응해 안정적으로 결합하게 된다.
연구팀에 따르면, 이렇게 만들어진 EKODE는 뇌, 심장, 간과 같이 산화 스트레스를 받는 체내 전체 장기에 축적된다. 이때 축적되는 조직이나 장기에 따라 EKODE의 구체적인 형태나 농도가 달라진다. 즉, 혈액검사를 통해 EKODE를 분석하면 각 장기의 산화 스트레스 수준이나 대사 상태 등을 확인할 수 있다는 설명이다.
특정 장기의 염증 정도 예측 가능
연구팀은 이번 연구를 통해 각 장기와 조직마다 축적되는 EKODE를 식별할 수 있는 항체를 개발했다. 이 항체는 종류에 따라 염증 부위에서 생성된 특정 단백질이나 화합물에 결합한다. 즉, 어떤 종류의 항체가 반응하는지에 따라 염증이 발생한 부위를 식별할 수 있다는 의미다.
또한 EKODE 검사를 통해 특정 장기의 산화 스트레스 정도가 정상적인 수준인지 아닌지도 확인할 수 있다. 산화 스트레스 정도가 높을 경우 염증이 새롭게 발생하거나 만성 염증 상태가 될 위험도 예측할 수 있다. 이는 당뇨병의 진행 정도를 판단하거나 혈당 조절 수준을 모니터링하는 데 쓰이는 A1C 검사와 유사한 원리다.
연구팀은 다음 단계로, 특정 부위에 발생한 염증의 정도에 따라 어떤 질병을 의심할 수 있는지를 매칭시키는 작업을 진행할 예정이다. 연구팀은 특히 노화로 인한 황반변성이나 당뇨성 망막증으로 인해 생성되는 EKODE에 많은 관심을 보이고 있다.
한편 연구팀은 이번 연구 결과가 새로운 약물 개발에도 도움이 될 것으로 보고 있다. 특정 질병을 치료하기 위한 약물을 개발하려면 해당 질병 부위에 작용하는 ‘반응성 시스테인’을 식별하는 것이 중요하다. 이번 연구를 통해 발견한 반응성 시스테인들이 향후 개발될 수 있는 새로운 약물의 후보로 활용될 수 있다는 설명이다.
건강한 식단의 대표 주자는 ‘지중해 식단’이다. 그리고 지중해 식단의 상징과 같은 존재라면 ‘올리브 오일’일 것이다. 올리브 오일은 식물성 불포화 지방을 제공해주는 대표적인 건강 식품이다. 당연히 그 원료인 올리브 자체가 매우 건강한 식품이라는 의미가 된다.
그렇다면 올리브의 다른 요소들도 그에 못지 않은 효능이 있다고 볼 수 있다. 올리브 잎 추출물 역시 건강 측면에서 이점을 가지고 있다는 점이 알려졌다.
올리브 잎에도 항산화 성분 풍부
올리브 열매와 오일은 이미 전 세계에 알려져 있다. 수많은 사람들이 건강한 식단을 만들 때 올리브 오일을 활용한다. 하지만 올리브 나무의 잎은 상대적으로 잘 알려져 있지 않다. 이미 오래 전부터 지중해 지역에서는 올리브 나무 잎으로 끓인 차를 마시고 있었다.
올리브 나무 잎에는 ‘올레우로페인(oleuropein)’이라는 폴리페놀 화합물이 들어있다. 올리브 나무에서 자연적으로 생성되는 화합물로, 나무가 성장하고 열매를 맺는 동안 병충해로부터 나무를 보호하는 역할을 한다.
대부분의 폴리페놀 성분이 그렇듯, 올레우로페인 역시 항산화 및 항염증 기능을 가지고 있다. 이밖에도 올리브 잎에는 하이드록시티로솔, 루테올린, 아피게닌, 베르바스코사이드 등 여러 종류의 항산화 물질이 풍부하게 포함돼 있다.
올레우로페인은 올리브 나무 열매에도 어느 정도 들어있다. 당연히 열매를 짜서 만드는 올리브 오일에서도 발견된다. 하지만 함량을 비교해보면 잎 쪽이 압도적으로 많다. 특히 열매에서 오일을 추출하는 과정에서 일부가 손실되는 경우가 많다. 물론 올리브 오일은 이외에도 충분히 유익한 효능을 가지고 있다.
혈압, 혈당에 효능 있어
2022년 수행됐던 한 연구에서는 올리브 잎의 건강 효능을 알아보기 위해 819명을 대상으로 한 총 12개 실험의 데이터를 한데 모아 분석하는 메타 연구를 실시했다. 이 실험들에서는 참가자들로 하여금 올리브 잎 추출물을 섭취하게끔 했는데, 그 결과 혈당, 혈중 지질 농도와 혈압을 낮추는 효능이 있는 것으로 나타났다. 특히 이미 고혈압을 앓고 있는 사람들에게는 효과가 더 컸다.
다만, 이 연구에서 검토한 실험들은 올리브 잎 추출물의 섭취량과 섭취 기간의 범위가 너무 크다는 문제가 있었다. 일일 섭취량은 최소 500mg에서 최대 5g까지 10배 가량 차이가 났고, 섭취 기간 또한 짧은 사람은 6주에서 긴 사람은 48주까지 편차가 컸다. 이 때문에 전반적으로 혈류 건강에 효능이 있다는 가능성을 보여주면서도 일관된 결과가 나타나지 않았다.
다만, 올리브 잎 추출물에 어느 정도 건강 효과가 있는 것 자체는 매우 가능성이 높은 이야기다. 올리브 잎 추출물은 아직까지 독성이 보고된 바 없으며, 기존 연구에 따르면 하루 1g까지는 안전하다는 것이 중론이다. 다만, 명확하게 어느 정도의 양이 적절한지, 얼마나 효과가 있는지를 입증하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.
올리브 잎, 어떻게 먹으면 되나
가장 간단한 방법은 지중해 지역 사람들처럼 차로 우려내서 마시는 것이다. 요즘은 온라인 쇼핑이나 해외 직구 등 경로가 다양하게 갖춰져 있기 때문에, 마음만 먹는다면 구하지 못할 이유는 없다. 다만, 올리브 잎 차의 맛은 그리 기대하지 않는 편이 좋다. 앞서 말한 항산화 성분들 때문에 쓰고 떫은 맛이 강하기 때문이다.
보편적으로 가장 권장되는 방법이 올리브 잎 추출물을 활용한 식품이나 건강기능식품을 이용하는 것이다. 마찬가지로 구하는 것은 그다지 어렵지 않다. 다만, 앞서 이야기한 것처럼 아직 올리브 잎 추출물의 적정 섭취량에 대해서는 명확한 지침이 없으므로 신중한 접근이 필요하다.
특히 올리브 잎 추출물이 효능이 있는 것으로 알려진 영역은 혈류 건강에 관련된 부분들이다. 여기에 관련된 증상을 가지고 있는 경우 이미 복용 중인 약이 있을 가능성이 높다. 그러므로 임의 복용 전 의사와 상담을 먼저 할 것을 권장한다.
그간 여러 모로 유해하다고 지적됐던 ‘청색광(블루라이트)’가 인체의 항산화 능력마저 피해서 세포를 손상시킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 울산과학기술원(UNIST) 화학과 연구팀이 금일(6일) 발표한 성과다.
파장 짧은 청색광, 눈으로 침투 가능
청색광은 햇빛은 물론 실내에서 사용하는 조명, 컴퓨터 모니터와 스마트폰 등 LED 기반 디스플레이에서 방출되는 빛의 한 종류다. 약 380㎚~500㎚ 사이의 파장을 갖는 가시광선의 일부로, 무지개 색상으로 치면 파란색(약 450~495㎚)부터 남색(약 425~450㎚), 보라색(약 380~450㎚)까지를 포함한다. 다만, 보통 청색광이라 하면 파란색과 남색을 주로 지칭한다.
청색광의 특징은 파장이 짧아 더 많은 진동 수를 갖는다는 점이다. 이로 인해 높은 에너지를 가지고 있으며, 인체에 미치는 영향이 큰 빛으로 분류된다. 특히 청색광은 짧은 파장으로 인해 눈의 각막과 수정체를 통과해 망막까지 도달할 수 있다.
물론 청색광보다는 자외선의 파장이 더 짧고 그만큼 에너지도 크다. 하지만 자외선의 경우 전용 차단제가 존재하며, 별도 처리된 선글라스로 눈으로의 침투도 막을 수 있다. 자외선 차단제는 글자 그대로 자외선의 파장을 차단하는 데 초점을 맞추고 있기 때문에, 청색광은 별도의 차단이 필요하다.
항산화 능력이 닿지 않는 단백질 내부
청색광이 체내에 침투하면 세포 단백질의 산화 스트레스를 유발한다. 이로 인해 피부와 눈 건강을 해칠 우려가 크다. 몸 안에 있는 산소가 청색광을 흡수해 ‘활성산소(ROS)’로 바뀌고, 이들이 세포의 단백질 표면을 손상시키는 원리다. 이를 막아내는 역할을 하는 것이 인체의 항산화 시스템이다.
하지만 UNIST 화학과 민두영·권태혁·민승규 교수 연구팀이 밝혀낸 바에 따르면, 청색광은 항산화 시스템이 닿지 않는 영역에서 손상을 일으킨다. 단백질 표면에서 발생하는 산화 스트레스는 항산화 작용으로 막을 수 있다. 하지만 UNIST 연구팀은 단백질 내부의 산소가 청색광의 에너지를 흡수해 활성산소로 바뀔 수 있다는 것을 발견했다.
단백질은 본래 여러 종류의 아미노산이 사슬 형태로 복잡하게 얽힌 구조를 가지고 있다. 아미노산 분자들이 촘촘하게 엮여있긴 하지만, 그 사이에 무수히 많은 공간이 있기 때문에 작은 분자 단위 물질들이 갇힐 수 있다고 본 것이다. 이 빈 공간에 산소 분자가 포획되고, 청색광의 에너지를 흡수해 활성산소로 변할 수 있다는 논리다.
연구팀은 실험과 계산, 통계, 생명정보학 접근 방법을 활용해 이를 입증했으며, 이 결과에 대해 ‘산소 가둠 광산화 경로(oxygen-confined photo oxidation pathway)’라고 이름 지었다. 이번 연구는 지난 12월 30일 「네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)」에 게재됐다.
세포 내에 용해된 산소 분자는 단백질 내부의 빈 공간(cavity)에 포획돼, 활성산소로 변환된다. / 출처: [BRIC Bio통신원
‘청색광의 영향’에 대한 이해 확장
민두영 교수는 “일반적으로 알려진 단백질 손상 경로와는 본질적으로 다른 새로운 경로를 발견했다”라며 “이러한 경로가 세포 내 단백질 전반에 보편적으로 영향을 미칠 수 있음을 확인했다”라고 밝혔다. 청색광에 의한 피부와 눈 조직의 노화 및 질병 유발이 ‘산소 가둠 광산화 경로’에 의한 것일 수 있다는 것이 민 교수의 설명이다.
단백질은 본래 특정 아미노산들의 배열에 따라 3차원적 구조를 형성한다. 단백질마다 이 구조가 다르기 때문에 수많은 단백질이 저마다의 위치에서 각기 다른 기능을 수행할 수 있다. 하지만 내부에서 활성산소가 생겨나 산화 손상을 일으킬 경우, 아미노산 구조의 화학적 변화가 일어난다. 이로 인해 구조 안정성이 저하되거나 본래 기능을 상실할 수 있다.
다양한 단백질은 단독으로 역할을 수행하기도 하지만, 서로 결합해 복합체를 형성함으로써 기능을 수행하기도 한다. 하지만 구조가 손상된 단백질은 그 표면 특성도 변화할 수 있다. 즉, 기존과 다른 단백질처럼 변해버림으로써, 다른 단백질과의 결합도 불가능해질 수 있다는 것이다. 혹은 비정상적인 상태로 결합해 독성을 유발하거나 다른 단백질의 기능을 방해할 수도 있다.
이번 UNIST 연구팀의 발견은 청색광과 관련된 세포 노화 및 질병 발생의 메커니즘을 이해하는 데 중요한 시사점이 될 것으로 보인다. 또한, 이러한 원리를 활용하여 치료 목적의 접근법을 개발하는 데 기여할 가능성도 있다.
