연구요약

현재 인류의 수명은 약 73.2세인데, 건강한 삶을 영위하는 시간은 64세까지로 알려져 있다. 즉, 평균적으로 9.2년은 급격한 노화가 진행되고 각종 질병에 시달리게 된다. 이는 환자 본인 뿐 아니라 가족에게도 상당한 고통을 안겨주고 있다. 그러므로 9.2년의 기간을 어떻게 줄일 것인가? 즉, 어떻게 하면 건강하게 노년의 삶을 살다가 생을 마무리 할 것인가?를 연구하고 있는 Karen Aspry 박사의 강의가 인상적이었다.

Aspry 박사는 심장 전문의로서 심장질환을 예방하는 데 많은 노력을 하고 있으며 특히 음식과 질환의 상관관계를 연구하고 있다. 최근에 Carlos López-Otín은 Cell 논문에서 노화의 12가지 Hallmarks를 제시하였다. 이 12가지는 “유전적 불안정성, 텔로미어 소모, 후생유전학적 변화, Proteostasis의 상실, 대식세포의 비활성화, 조절되지 않은 영양분 결핍, 미토콘드리아 기능 장애, 세포 노화, 줄기세포 소진, 세포 간 의사소통의 변화, 만성 염증, 그리고 장내 미생물의 균형이 깨져서 질병이 초래되는 Dysbiosis”이다. 이들에 의해 노화와 관련된 질환 즉, 부정맥, 동맥경화, 암, 치매, 심부전 등이 유발된다는 것이다. 특히 후생유전학적 변화에 이은 유전자 발현 변화가 세포의 노화를 유발하고, 만성 염증을 초래하여 질병에 이른다는 것이다. 그런데, 다행인 사실은 이러한 과정이 태어날 때부터 프로그램밍 되어 있는 것이 아니고, 환경적 요인이나 생활 습관에 의해 유발 되기 때문에 예방이 가능하다는 것이다. 즉, 식이요법, 절식, 운동, 숙면을 통해 극복할 수 있다는 것이다.

그림1. 잘못된 음식 섭취 습관을 통해 심혈관 질환이 유발되는 기전
(Modified from Ferguson, JF. Circ Cardiovasc Genet. 2016;9:291-313)

Aspry 박사는 특히 우리가 매일 섭취하는 음식에 의한 몸의 반응에 대해 자세히 설명하였다. 음식이 몸 안으로 들어가면 장내 미생물이 반응하고 각종 화학적 물질들이 유전자의 발현을 변화시킬 수 있으며 DNA 메틸화의 변화를 유도하여 후생유전학적 문제를 유발하기도 한다. 결국 잘못된 식사 습관은 대사(Metabolism)의 불균형을 유발하여 심혈관 질환을 일으킬 수 있는 것이다.(그림1)

“Foodomics”는 음식을 구성하는 분자(Food Molecule)들이 관여하는 Multi-Omics 효과와 그들이 건강과 질병에 미치는 영향을 연구하는 학문인데, 최근 10년간 많은 학자들의 관심을 모으고 있다. Foodomics 연구의 기반이라 할 수 있는 “Foodome”은 식단의 화학적 복잡성을 반영하고 질병 예방과 관련이 있다고 예상되는 26,000개 이상의 음식 분자와 그들이 세포에 미치는 영향에 관한 Big data로 구성되어 있다. 최근에는 인공지능(AI)를 이용하여 각 음식과 질병과의 관계에 대한 Data base를 분석한 결과들이 보고되고 있다. Aspry 박사는 지중해 음식에 관한 연구결과를 예시로 제시하였다.

지중해 음식은 건강식으로 잘 알려져 있고, 많은 학자들이 음식과 건강의 상관관계에 대한 연구 주제로 활용하고 있다. 지중해 음식에 포함되어 있는 Bioactive compounds로 오메가 3가 있는데, 이는 지중해 음식의 주요 재료인 생선과 해산물(정어리, 고등어, 홍합, 문어, 연어, 오징어, 참치)에서 가장 중요한 생물 활성 분자이다. 에이코사펜타엔산(EPA)과 도코사헥사엔산(DHA)은 심장 보호 효과가 있다고 알려진 주요 n-3 지방산이며, 이들은 고위험군에서 관상동맥 심장질환(CHD)의 위험을 감소시켰다. 또한 지중해 음식과 잘 어울리는 레드 와인에 함유된 Resveratrol은 항산화 효과를 가지고 있어서 혈관을 보호하는 기능을 가지고 있을 뿐 아니라, 마이토콘드리아를 보호하고, 텔로미어의 길이가 짧아져서 세포가 노화되는 것을 막는 기능이 있다는 것도 알려져 있다. Foodomics는 이러한 정보들을 고해상도 질량 분석 및 네트워크 시스템으로 분석하여 비유전적 요인으로 인해 발생하는 질병의 기전을 규명하기 위한 근원적인 연구에 활용하고 있다2. 즉 Food molecule들이 세포에 어떻게 작용하는 지를 AI를 이용하여 분석하고 있다.

의학적 함의

전세계적으로 노화에 의해 발생되는 질병은 점점 증가하는 추세이다. 이러한 질환에 가장 큰 영향을 주는 것 중에 하나가 음식과 식습관이며, 채소를 비롯한 다양한 건강식은 노화를 늦추고 노인성 질환을 예방 할 수 있게 한다고 알려져 있다. 최근 각광 받는 Foodomics를 기반으로 한 Network Medicine은 Food molecule들이 세포에 어떻게 영향을 주는 지를 분자수준에서 규명함으로써 질병을 예방하는 과학적 지침을 제시하고 있다. 향후에는 AI를 이용하여 개인 맞춤형 분석을 함으로써 활용범위가 더 확대될 것으로 기대된다.

참고문헌

1) Carlos López-Otín et. al., Hallmarks of aging: An expanding universe, 2023, 186(2) 243-278, Cell.
2) Roel Vermeulen et. al., The exposome and health: where chemistry meets biology, 2020, 24; 367(6476): 392–396, Science.