노화 시계는 진정 젊음을 되찾을 열쇠가 되어줄까

노화 시계를 잘 활용하면 인간의 생리와 죽음에 얽힌 여러 미스터리를 푸는 데 중요한 실마리를 얻을 수 있다.

SNS에서 어릴 적 지인을 검색해 나이 들어 성인이 된 모습을 찾아본 경험, 누구나 한 번쯤 있지 않을까?

누구인지 밝힐 수는 없지만 필자의 동료 한 명은 확실히 해봤다. 그는 어릴 때 같은 반이었던 친구의 사진을 공유하면서 “이 친구가 저와 동갑이라는 게 믿기세요?”라고 말했다. 목소리에는 약간의 흡족함마저 묻어 있었다. 필자의 한 친척도 비슷한 일을 무척 즐긴다. 어린 시절부터 알고 지낸 사람의 사진을 보면서 “세상에, 완전 할머니 같네”라고 말하곤 한다. 시간은 어떤 이들에게는 관대하지만, 누군가에게는 무정하다.

하지만 주름과 새치처럼 노화의 티가 확실히 나는 경우를 제외하면 어떤 사람의 몸이 실제로 얼마나 ‘잘’ 혹은 ‘나쁘게’ 늙어가는지 판단하기는 쉽지 않다. 젊은 나이에 노인성 질환이 나타나거나, 콜레스테롤이나 염증 지표 상승과 같이 노화와 관련된 생물학적 변화가 일어나는 사람은 같은 또래 중 그런 변화가 없는 사람보다 ‘생물학적으로 더 늙은’ 것으로 간주될 수 있다. 실제로 어떤 80대는 허약하고 쉽게 쓰러지는 반면, 같은 80대라도 여전히 건강하고 활동적인 사람도 있다.

메이요 클리닉(Mayo Clinic)에서 노화를 연구하는 타미르 찬드라(Tamir Chandra)에 따르면 의사들은 오래전부터 환자의 근력을 측정하거나 일정 거리를 걷게 하는 등 기능적 검사를 통해 노화 정도를 가늠해 왔다고 한다. 심지어는 단순히 외관을 보고 특정 치료법을 견뎌낼 만큼 건강해 보이는지 ‘눈대중’으로 추정하기도 한다.

그러나 지난 10여 년 동안 과학자들은 겉으로 잘 드러나지 않는 신체의 노화 과정을 들여다볼 새로운 방법들을 발견해 왔다. 그리고 이 발견들은 노화 자체에 대한 사람들의 인식을 바꿔놓고 있다.

‘노화 시계(aging clocks)’는 장기의 손상 정도를 측정해 수명과 건강에 대한 통찰을 제공하는 새로운 과학적 도구다. 이를 바탕으로 생물학적(biological) 나이를 가늠할 수 있다. 출생 연도에 따른 나이가 단지 몇 번의 생일을 지났는지를 뜻한다면, 생물학적 나이는 더 많은 의미를 내포한다. 우리 몸이 시간의 흐름을 어떻게 견뎌내고 있는지를 드러내며, 어쩌면 앞으로의 기대 여명까지 암시해 줄 수도 있다. 무엇보다 연령은 바꿀 수 없지만, 생물학적 나이는 일정 부분 조절 가능하다는 점에서 연구자들의 관심을 끈다.

노화 시계는 과학계를 넘어 이미 대중적으로도 알려져 있다. 장수 인플루언서로 알려진 브라이언 존슨(Bryan Johnson)은 노화 시계 측정치를 근거로 자신이 ‘역노화’하고 있다고 주장한다. 그는 지난 4월 X에 “내 텔로미어에 따르면 나는 10살이다”라고 게시하기도 했다. 셀럽으로 유명한 카다시안 가문의 클로이 카다시안은 TV 프로그램에서 자신의 생물학적 나이가 실제 나이보다 12년 더 젊다는 판정을 받았다. 심지어 필자가 거주하는 동네의 건강기능식품점에서도 생물학적 나이 검사를 제공한다. 나아가 일부는 이를 보다 노골적으로 활용해 검증되지 않은 ‘항노화’ 보조제를 판매하는 데 이용하기도 한다.

노화 시계 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있다. 일부 연구자들은 이 분야를 ‘클록 월드(clock world)’라고 호의적으로 부르기도 하지만, 대부분의 전문가들은 노화 시계가 개인의 생물학적 나이를 명확하게 밝혀낼 수 있다고 보지 않는다.

그러나 연구 성과들을 들여다보면 노화 시계는 단지 SNS용 과시나 사기성 판매, 혹은 눈길을 끄는 숫자 이상의 의미를 지닌다는 사실을 알 수 있다. 실제로 노화 시계는 생물학이 아직 풀지 못한 가장 근본적 의문들을 해명하는 데 기여하고 있다. 과연 우리는 왜 늙는가? 어떻게 늙는가? 노화는 언제 시작되는가? 노화란 도대체 무엇인가?

궁극적으로, 그리고 무엇보다 중요한 것은 이 도구들이 머지않아 우리가 노화 과정을 되돌릴 수 있는지에 대한 답까지 알려줄지 모른다는 점이다.

시계가 작동하기 시작하다

우리 몸의 유전자는 환경적 요인에 따라 그 작동 방식이 달라질 수 있다. 그 대표적인 예가 메틸기라 불리는 분자가 DNA에 결합하여 유전자의 단백질 생성 방식을 조절하는 현상이다. 이를 메틸화(methylation)라고 부르는데, 이런 변화는 유전체 전체에 걸쳐 잠재적으로 수백만 개 지점에서 발생할 수 있다. 이른바 후성유전적 표지는 유전자 스위치를 켜거나 끄며, 단백질 생성량을 증가시키거나 감소시키기도 한다. 이러한 표지 자체는 DNA 염기서열의 일부는 아니지만, DNA의 작동 방식에 영향을 미친다.

2011년 UCLA의 생물통계학자였던 스티브 호르바스(Steve Horvath)는 후성유전 표지와 성적 지향 간의 연관성을 조사하는 연구에 참여했다. 스티브는 이성애자이고, 함께 참여했던 그의 쌍둥이 형제 마르쿠스는 동성애자였다.

해당 연구에서는 DNA 메틸화와 성적 지향 사이의 관련성이 발견되지 않았다. 하지만 호르바스는 데이터를 살펴보던 중 다른 독특한 경향을 포착했다. 유전체의 약 88개 지점에서 메틸화와 나이의 연관성이 매우 강하게 나타난 것이다. 그는 이 결과를 보고 의자에서 떨어질 정도로 충격을 받았다고 한다.

이들 유전자 가운데 상당수는 이미 노화 관련 뇌질환과 심혈관 질환과의 연관성이 알려져 있었다. 다만 메틸화가 이러한 질환들과 어떤 방식으로 연결되는지는 명확하지 않았다.

만약 노화의 평균적인 양상을 모델링할 수 있다면, 개개인이 평균 대비 비정상적으로 빠르게 혹은 느리게 늙어가고 있는지를 추정할 수 있게 된다. 이는 의학에 혁신을 가져올 잠재력을 지니며, 항노화 약물 개발에도 큰 동력을 제공할 수 있다. 더 나아가 노화란 무엇이며 왜 일어나는지를 이해하는 데 중요한 단서를 마련해줄 수도 있다.

2013년 호르바스는 총 8,000개의 조직 및 세포 표본에서 메틸화 데이터를 수집해 이른바 ‘호르바스 시계(Horvath clock)’를 만들었다. 이는 유전체의 353개 지점에서 관측된 DNA 메틸화 정도를 바탕으로 나이를 추정하는 수학적 모델이었다. 그는 이 시계를 이용해 단일 조직 표본만으로도 개인의 실제 나이를 평균 ±2.9년 오차 범위 내에서 추정해 냈다.

이 연구가 판도를 바꿨다. 해당 결과가 발표된 2013년을 기점으로 이른바 ‘클록 월드’가 태동했다. 일부 연구자들에게 이 세계가 지닌 잠재성은 실질적으로 무한에 가까워 보였다. 만약 노화의 평균적인 양상을 모델링할 수 있다면, 개개인이 평균 대비 비정상적으로 빠르게 혹은 느리게 늙어가고 있는지를 추정할 수 있게 된다. 이는 의학에 혁신을 가져올 잠재력을 지니며, 항노화 약물 개발에도 큰 동력을 제공할 수 있다. 더 나아가 노화란 무엇이며 왜 일어나는지를 이해하는 데 중요한 단서를 마련해줄 수도 있다.

영국 버밍엄대학교에서 노화를 연구하는 주앙 페드로 드 마갈랴이스(João Pedro de Magalhães)는 “솔직히 말해 호르바스 시계는 이 분야에서 보기 드문 성공 사례였다”고 말했다.

몇 년이 흐르자 더 많은 노화 연구자들이 이 시계의 존재를 알게 되면서, 이를 연구에 도입하거나 아예 자신만의 시계를 개발하기 시작했다. 그 사이 호르바스는 일종의 스타가 되었다. 학회에 가면 동료 연구자들이 그에게 셀카를 요청하기도 했다고 한다. 어떤 연구자들은 2013년 그의 논문 첫 페이지를 프린트한 티셔츠까지 만들어 입었다.

그 이후 개발된 수많은 노화 시계 중 일부는 주목할 만한 독자적 위상을 갖게 되었다. 예를 들어 혈액 세포 수치나 염증 지표 등 건강 데이터와 메틸화를 함께 반영하는 ‘페노에이지(PhenoAge)’ 시계와 특정 연령을 추정하기보다는 개인이 얼마나 빠르거나 느리게 노화하고 있는지를 보여주는 ‘더니든(Dunedin Pace of Aging)’ 시계가 있다. 대부분의 시계가 메틸화를 측정하지만, 일부는 혈중 단백질이나 그 단백질에 결합하는 특정 탄수화물 분자와 같은 다른 변수를 활용하기도 한다.

킹스 칼리지 런던에서 노화를 연구하며 노화 바이오마커 컨소시엄(Biomarkers of Aging Consortium) 회원으로 활동 중인 키아라 헤르초크(Chiara Herzog)는 “오늘날에는 수백 개, 많게는 수천 개에 이르는 노화 시계가 있다”고 전했다. 연구자마다 취향에 맞는 시계가 따로 있는 셈이다. 호르바스 자신은 ‘그림에이지(GrimAge)’ 시계를 선호하는데, 이는 죽음의 사신(Grim Reaper)의 이름을 따온 것으로, 사망 시점을 예측하도록 설계되었기 때문이다.

이 시계는 수십 년간 추적 관찰된 사람들의 데이터를 기반으로 학습되었으며, 그 중 상당수는 관찰 기간 실제로 사망했다. 호르바스는 “윤리적인 이유로 이 시계를 개인에게 ‘언제 죽을지’ 알려주는 용도로는 사용하지 않겠다”고 강조했다. 대신 그림에이지는 예상 수명을 암시하는 생물학적 나이를 산출하는 데 활용될 수 있다. 예를 들어 실제 나이가 50세인데 그림에이지가 60으로 나온 사람은 평균적인 50세에 비해 사망 위험이 더 크다고 추정할 수 있다.

물론 그림에이지도 완벽하지 않다. 이 시계는 특정 개인이 현재의 건강 궤적을 그대로 따른다는 전제하에서는 사망 시점을 비교적 잘 예측할 수 있지만, 앞으로 그 사람이 흡연을 시작하거나 이혼하는 등 일반적으로 노화를 가속하는 사건, 혹은 갑자기 달리기를 시작하는 등 일반적으로 노화를 늦추는 변화 같은 변수는 반영할 수 없다. 호르바스는 본지와의 인터뷰에서 “인간은 복잡하다”며 “오차 범위가 매우 크다”고 말했다.

그럼에도 전반적으로 보면 이 시계들은 건강과 수명을 꽤 잘 예측하는 편이다. 예를 들어 105세 이상으로 장수한 사람들은 생물학적 나이가 상대적으로 낮은 경향이 있다는 사실이 시계에 의해 포착되었다. 실제로 이 나이를 넘기는 사람이 극히 드물다는 점을 고려하면 이는 충분히 타당한 결과다. 또한 후성유전학적 연령이 높으면 인지 기능 저하나 알츠하이머성 변화와 관련이 있는 반면, 신체적·인지적 건강 상태가 양호한 사람은 후성유전학적 연령이 낮게 나타나는 경향을 보인다.

블랙박스 시계

그러나 정확성은 모든 노화 시계가 직면한 과제다. 그 이유 중 일부는 시계 설계 방식에 있다. 대부분의 시계는 나이와 메틸화 사이의 연관성을 찾도록 학습된다. 가장 뛰어난 시계는 개인의 생리가 평균에서 얼마나 벗어나 있는지를 반영하는 값을 산출한다. 지금까지 노화 시계는 단순히 실제 나이를 얼마나 정확히 예측하는가를 기준으로 평가되지만, 노화 관련 생명공학 회사인 시프트 바이오사이언스(Shift Bioscience)의 루카스 파울로 드 리마 카밀로(Lucas Paulo de Lima Camillo) 머신러닝 담당자는 “너무 정확한 것 역시 바람직하지 않다”고 말했다. 그는 생물학적 나이를 ±2.55년 범위에서 추정할 수 있는 시계를 개발해, 노화 바이오마커 컨소시엄으로부터 1만 달러(약 1,430만 원) 상금을 받았다.

카밀로는 “바로 이 지점이 역설적”이라며 “어떤 시계가 실제 나이를 정말 정확하게 예측한다면 그 시계가 알려주는 정보는 결국 그뿐일 가능성이 높다. 즉 생물학적 나이에 대해서는 거의 알려주지 못할 수 있다”고 설명했다. 우리는 굳이 시계를 보지 않아도 몇 번째 생일을 맞았는지는 알고 있다. 그는 시계가 ‘완벽한’ 나이 예측에 가까워질수록, 오히려 사망 예측 정확도는 떨어지는 경향이 있다고 지적했다.

여기서 노화 시계 분야의 과학자들이 직면한 또 다른 핵심 문제가 등장한다. 바로 ‘이 시계들은 실제로 무엇을 측정하고 있는가?’라는 질문이다. 노화의 정의조차 확실하지 않고, 노화가 어떻게, 왜 일어나는지에 대해서도 합의가 이루어지지 않은 상황에서 이 질문에 답하기는 매우 어렵다.

다만 연구자들이 한목소리로 인정하는 점은 노화가 극도로 복잡하다는 사실이다. 타미르 찬드라는 “메틸화 기반 노화 시계는 화학적 표지의 양상이 개인마다 어떻게 다른지를 보여줄 수 있을 뿐, 이 시계로 확인할 수 있는 최선은 ‘후성유전학적 나이(epigenetic age)’에 불과하다”고 지적했다. 즉 노화의 다른 측면을 드러낼 수 있는 생물학적 표지자는 이 외에도 무수히 많을 수 있다는 것이다. 그는 “어떤 시계도 모든 것을 측정하지는 못한다”고 덧붙였다.

또한 우리는 특정 메틸기가 나이가 들면서 왜 나타나거나 사라지는지도 아직 모른다. 이러한 변화가 세포에 손상을 일으키는 원인인지, 아니면 손상의 부산물인지는 밝혀지지 않았다. 90세 노인에게서 관찰되는 후성유전 패턴은 노화로 인한 붕괴의 흔적인가, 아니면 오히려 그 사람을 장수하게 만든 요인일까?

문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은, 서로 전혀 다른 유전체 영역의 메틸화를 측정하는 두 시계가 비슷한 결과를 내놓을 수 있다는 것이다. 이는 결과만 놓고 보면 시계가 정확하게 작동하는 듯 보이지만, 동시에 ‘왜’ 이런 결과가 나오는지는 아직 밝혀지지 않았음을 의미한다. 즉 시계는 맞는데 왜 맞는지 모르는 상황인 셈이다. 어떤 유전체 영역을 기준으로 삼는 것이 더 정확하거나 적절한지도 아직 과학적으로 밝혀지지 않았다. 

미국 보스턴 브리검여성병원(Brigham and Women’s Hospital)의 제시 포가닉(Jesse Poganik)은 “이 바이오마커들은 일종의 블랙박스 같은 성격을 지닌다”며 “그중 일부는 실제로 노화의 원인일 수 있고, 일부는 적응적 변화일 수 있으며, 일부는 완전히 중립적일 수도 있다”고 설명했다. 즉 그냥 생겨도 이상하지 않거나, 단순히 우연히 나타난 변화일 수도 있다는 것이다.

현재까지 확인된 사실은 이렇다. 클로이 카다시안에게는 유감이지만, 어떤 시계도 개별 개인의 생물학적 나이를 정확히 산출할 만큼 정밀하지 않다. 동일한 생물학적 표본을 다섯 가지 서로 다른 시계에 측정하면, 다섯 가지 전혀 다른 결과가 나온다.

심지어 같은 시계라도 동일한 표본을 다시 측정하면 결과가 달라질 수 있다. 헤르초크는 “아직 개별 수준에서 예측력을 갖춘 단계가 아니다”며 “개인에게 시계 결과가 무엇을 의미하는지, 그 사람이 질병에 더 취약한지 덜 취약한지조차 우리는 알 수 없다”고 선을 그었다.

이러한 이유로 노화 시계를 직접 연구하는 과학자들조차 자신의 후성유전학적 나이를 굳이 측정하지 않는다. 마갈랴이스는 “예를 들어 시계를 돌려봤더니 내 생물학적 나이가 실제보다 다섯 살 더 많다고 나왔다고 해보자. 그렇다고 해서 그게 무슨 의미가 있겠는가?”라고 지적했다.

이처럼 불확실성이 크다면 임상 현장에서 노화 시계는 사실상 무의미해 보일 수 있다. 그러나 현실은 다르다. 이미 적지 않은 의료기관이 이를 실제로 제공하고 있다. 일부 장수 클리닉은 여러 종류의 시계를 정기적으로 활용해 환자의 수치를 장기적으로 추적하는 등 비교적 신중한 접근을 취한다. 반면 또 다른 곳들은 단지 생물학적 나이 추정치를 하나 산출해 제공함으로써 이를 장수 프로그램 상품의 구성 요소로 내세우기도 한다.

그리고 일부는 노화 시계를 활용해 보충제를 판매하기도 한다. 특정 약물이나 보충제가 인간의 수명을 연장한다는 결정적 근거는 아직 없지만, 규제가 느슨한 웰니스 산업에서는 로션과 허브 알약부터 줄기세포 주사에 이르기까지 다양한 ‘항노화 치료’를 앞다투어 내놓고 있다.

이런 사람들 가운데 일부는 노화 연구 학회에도 참석한다. 필자는 한 학회 현장에서 한 CEO가 연단에 올라 자신이 판매하는 보충제 덕분에 “생물학적 나이가 18년 되돌아갔다”고 주장하는 장면을 직접 보았다. 건강 수명 연장 분야 바이오헬스 기업인 폰세 드 레온 헬스(Ponce de Leon Health)의 톰 웰던(Tom Weldon)은 자신의 흰머리가 다시 갈색으로 변하고 있다고 말했다. 그의 자신의 생물학적 나이가 너무 빠르게 되돌아가, 마치 중력을 이겨내듯 노화를 극복한 ‘장수 탈출 속도(longevity escape velocity)’에 도달했다고 주장했다.

그러나 그의 보충제를 구입한 사람들이 일종의 ‘벤자민 버튼 효과’를 기대한다면 실망할 가능성이 크다. 그가 판매하는 보충제 리주벤트(Rejuvant)를 통해 노화 방지 효과가 있다는 주장을 입증할 무작위 대조 임상시험은 아직 진행된 바 없다. 웰던은 그러한 임상시험을 수행하려면 수년이 걸리고 수백만 달러(수십억 원)가 필요하며, 그 비용을 충당하려면 “제품 가격을 네 배 이상 올려야 한다”고 말했다. 덧붙이자면 해당 회사는 지금까지 활성 성분을 생쥐에게만 시험했고, 사람을 대상으로는 예비적 수준의 시험만 수행했다.

특정 사례를 꼬집어 말하지 않더라도 호르바스는 “사람들이 시계를 이용해 제품을 판매하고 한몫 잡으려는 모습을 보면 입맛이 씁쓸해진다”고 했다. 하지만 그는 그 판매자들 대부분이 시계와 제품 모두를 진심으로 신뢰하고 있다고 본다. 그는 “사람들은 자신의 헛소리를 진심으로 믿는다. 자신이 발견했다고 믿는 것에 지나치게 열정적이어서, 결국 자기 확증 편향의 함정에 빠지는 거다”라고 덧붙였다.

시계의 정밀도는 연구용으로는 충분한 수준이나, 개인 단위 예측에는 적합하지 않다. 설령 어떤 시계가 누군가의 생물학적 나이가 실제 나이보다 5년 젊다고 알려준다고 해도, 그것이 그 사람이 실제로 5년 더 오래 살 수 있다는 뜻은 아니다. 마갈랴이스는 “노화 연구 분야는 오래전부터 돌팔이 약장수와 과장 광고가 들끓던 온상이었고, 그것은 이 분야가 가진 숙명과도 같다”고 말했다. 한편 웰던은 자신이 판매하는 리주벤트가 “임상적으로 의미 있는 주장만을 내세우는 유일한 제품이다”라고 반박했다.

어쨌든 마갈랴이스는 어떤 형태이든 간에 대중의 관심이 없는 것보다는 있는 게 낫다고 덧붙였다.

문제의 핵심은 분명하다. 장수 연구자 대부분은 최근 노화 시계가 주목받는 현상과 그것이 이용되는 방식에 대해 양가적인 감정을 갖고 있다. 시계가 아직 소비자 시장에 내놓을 단계가 아니라고 입을 모으면서도, 관심과 주목은 반기는 편이다. 장수 연구가 비용이 많이 드는 분야이기 때문이다. 자본 유입이 급증하고 장수 분야 바이오테크 기업들이 폭발적으로 늘어난 지금, 연구자들은 이에 따른 혁신과 진전을 기대하고 있다.

따라서 시계의 명성이 엉뚱한 사람들에 의해 훼손되지 않도록 주의할 필요가 있다. 인플루언서와 보충제 판매자들이 ‘자신의 생물학적 나이’를 앞세워 관심을 끌고 있는 지금, 과학자들은 이 시계를 이용해 놀라운 발견들을 쏟아내고 있기 때문이다. 그 발견들은 우리가 노화를 바라보는 방식을 근본적으로 바꾸고 있다.

어떻게 다시 젊어질 것인가

실험실에 두 마리의 생쥐가 마취된 채 나란히 누워 있다. 짐 화이트(Jim White)가 메스를 준비한다. 두 동물은 같은 품종이지만 외관은 상당히 다르다. 한 마리는 생후 3개월로, 털이 짙고 검으며 윤기가 난다. 반면 다른 한 마리는 20개월령으로 상태가 좋지 않아 보인다. 털은 희끗희끗하고 듬성듬성 빠져 있으며, 수염은 짧고 전반적으로 허약해 보인다.

그러나 곧 이 두 생쥐는 훨씬 많은 공통점을 갖게 된다. 화이트는 동료의 도움을 받아 각 생쥐의 몸 옆구리와 같은 쪽의 팔과 다리 위쪽을 절개한다. 그런 다음 두 동물을 서로 맞닿게 하여 막과 근막, 피부를 정교하게 봉합한다.

이 수술은 약 한 시간이 걸리며, 이후 생쥐들은 마취에서 깨어난다. 처음 몇 시간 동안 두 동물은 여전히 비틀거리며 서로 떨어지려 한다. 그러나 며칠이 지나면, 이제 하나의 몸을 공유한다는 사실을 받아들이는 듯하다. 곧 두 생쥐의 혈액순환계가 서로 연결되어, 이들은 하나의 혈류를 공유하게 된다.

화이트는 듀크대에서 노화를 연구하며 수년간 생쥐들을 서로 봉합해 왔다. 이 기묘한 시술은 ‘이종 연령 공생(heterochronic parabiosis)’이라 불리며, 그는 지금까지 100회 넘게 시행했다. 흥미로운 점은, 나이 든 쥐가 이 결합에서 이득을 본다는 사실이다. 나이 든 쥐는 마치 젊음을 되찾은 듯한 변화를 보였다.

화이트에 따르면 이종 연령 공생 실험은 수십 년 전부터 이어져 왔다. 일반적으로는 생쥐를 서로 연결해 두는 기간이 몇 주에 불과했지만, 그와 동료 연구진은 쥐들을 3개월 동안 연결해 두었다. 인간의 시간으로 환산하면 약 10년에 해당하는 기간이다. 이후 연구팀은 각 개체가 어떻게 변했는지 평가하기 위해 조심스럽게 분리했다. 화이트는 “당연히 떨어지려 할 것으로 생각했지만, 막상 분리해 놓으면 서로를 따라다니는 현상이 관찰됐다”고 말했다.

그 실험에서 가장 눈에 띄는 결과는, 어린 쥐와 연결되었던 늙은 쥐들이 동년배 쥐들보다 수명이 더 길었다는 점이다. 화이트는 “이들은 평균보다 약 10% 더 오래 살았고, 기능도 상당 부분 유지됐다”며 “더 활발하고, 근력도 더 오래 유지됐다”고 덧붙였다.

화이트와 포가닉을 포함한 연구진이 노화 시계를 적용해 분석한 결과, 늙은 쥐의 후성유전학적 연령이 예상보다 낮게 나타났다. 화이트는 “젊은 개체의 순환계가 늙은 쥐의 노화를 지연시킨 것”이라고 설명했다. 이 효과는 한동안 유지되는 것으로 보였으며, 그는 “예상보다 더 오래 그 ‘젊은 상태’를 유지했다”고 덧붙였다.

반면 젊은 쥐는 그 반대 양상을 보였다. 늙은 쥐와 연결되는 동안, 그리고 분리된 직후까지 생물학적 나이가 높게 측정되었다. 하지만 이 영향은 오래가지 않았으며, 화이트는 “젊은 쥐들은 곧 다시 본래의 젊은 상태로 돌아갔다”고 설명했다.

화이트는 이 현상이 ‘젊음의 상태’ 자체가 어떤 방식으로든 프로그램되어 있을 가능성을 시사한다고 보았다. 어쩌면 그것은 DNA 안에 이미 새겨져 있는지도 모른다. 즉, 우리가 반드시 생물학적 노화 과정을 거쳐야만 하는 것은 아닐 수도 있다는 뜻이다.

이 문제는 노화 연구의 핵심 쟁점과 직결된다. 노화란 무엇이며, 왜 일어나는가? 어떤 연구자들은 노화를 단지 손상의 축적에 따른 부산물로 본다. 다른 이들은 노화가 일종의 프로그램 과정이라고 본다. 즉 우리가 사지를 형성하고, 뇌를 발달시키고, 사춘기를 거치고, 폐경을 겪듯이, 쇠퇴 또한 예정된 수순이라는 것이다. 또 다른 일부는 초기 발달에 중요한 프로그램이 우연히 후기에 해로워지는 것일 뿐이라고 해석한다. 그리고 이 모든 설명이 어느 정도 사실일 수 있다고 보는 과학자들도 있다.

화이트의 가설은, 노화란 본질적으로 ‘젊음의 상실’ 불과하다는 것이다. 그렇다면 젊음을 잃는 과정을 이해함으로써 그 과정을 어떤 형태로든 되돌려 젊음을 회복할 길을 모색할 수 있다는 의미가 된다.

개와 돌고래

호르바스의 이름을 딴 시계는 신체 여러 조직에서 채취한 DNA 표본의 메틸화 패턴을 분석해 만들어졌다. 이 시계는 다양한 조직에서 진행되는 노화를 동시에 반영하는 것으로 보인다. 이런 이유로 호르바스는 이를 ‘범조직(pan-tissue) 시계’라고 불렀다. 장기별로 노화 속도가 다르다고 여겨졌다는 점을 고려하면, 단 하나의 시계로 이렇게 다양한 조직의 노화를 측정할 수 있다는 사실은 매우 주목할 만했다.

그러나 호르바스는 한 단계 더 나아가, 모든 포유류의 노화를 측정할 수 있는 ‘범종(pan-species) 시계’를 구상했다. 2017년 그는 전 세계 수백 명의 과학자들에게 연구에 사용한 동물 조직 표본을 공유해 달라는 이메일을 보내며 프로젝트를 시작했다. 동물원에도 협조를 요청했다.

이렇게 도출된 ‘범-포유류 시계’는 노화에 보편적인 무언가가 존재함을 시사한다. 단지 모든 포유류가 유사한 방식으로 노화한다는 차원을 넘어, 유사한 유전적·후성유전적 요인 집합이 그 배경에 자리하고 있을 가능성을 내비친다.

호르바스는 이 과정에서 “많은 연구자가 한평생을 동물 조직 수집에 바쳤다는 사실을 알게 됐다”며 “그들의 냉동고에는 조직이 가득했다”고 말했다. 협조적인 과학자들은 냉동 조직이나 DNA를 캘리포니아에 있는 호르바스 연구실로 보내주었고, 그는 이를 이용해 새로운 모델을 학습시켰다.

처음에는 30종을 대상으로 연구를 시작하려 했다. 그러나 결과적으로 전 세계 200명의 과학자로부터 약 1만 5,000개의 표본을 받았고, 여기에는 개부터 돌고래에 이르는 총 348종이 포함되었다. 과연 단 하나의 시계로 이 모든 종의 나이를 정확히 예측할 수 있을까?

호르바스는 “솔직히 실패할 거라 생각했다. 하지만 내 예상은 완전히 틀렸다”고 회상했다. 그는 동료들과 함께 유전체 내 3만 6,000개 위치의 메틸화를 분석하는 시계를 개발했으며, 그 결과물은 2023년 ‘범포유류 시계(pan-mammalian clock)’라는 이름으로 발표되었다. 이 시계는 어떤 포유류의 나이든 추정할 수 있을 뿐 아니라, 해당 종의 최대 수명까지 예측할 수 있다. 이 데이터셋은 누구나 이용할 수 있도록 공개되어 있으며, 그는 “많은 연구자들이 이 데이터를 통해 건강 수명을 연장할 비밀을 찾아내길 바란다”고 덧붙였다.

범포유류 시계는 노화에 일정한 보편성이 존재함을 시사한다. 이는 모든 포유류가 단순히 비슷한 방식으로 늙는다는 차원을 넘어, 유사한 유전적 혹은 후성유전적 메커니즘이 그 배후에 작용할 가능성을 보여준다.

영국 에든버러대학에서 노화를 연구하는 후성유전학자 넬리 올로바(Nelly Olova)는 포유류 간 비교 연구 역시 “메틸화 변화 속도가 느릴수록 수명이 길다”는 견해를 뒷받침한다고 말했다. 그녀는 “DNA 메틸화는 나이가 들수록 서서히 침식된다. 설계도 자체는 남아 있지만, 갈수록 점점 흐트러지는 셈이다”라고 부연했다. 포유류 전반에서 관찰되는 이러한 경향은 세포가 기능을 유지할 수 있는 변화량에 한계가 있음을 시사한다.

올로바는 “세포가 감당할 수 있는 변화에는 분명 한계가 있다”며 “설계도가 너무 흐트러지고 잡음이 많아지면, 더 이상 생명을 유지할 수 없게 된다”고 덧붙였다.

올로바는 특히 노화 시계가 언제부터 작동하기 시작하는지, 다시 말해 노화가 시작되는 시점을 규명하는 데 관심을 두고 있다. 노화 시계는 일반적으로 성인 지원자들의 DNA 메틸화 패턴과 연령을 매칭해 학습되며, 이후 성인의 생물학적 나이를 추정하는 데 사용된다. 그러나 같은 기법은 아동, 영아, 나아가 배아를 구성하는 세포에도 적용할 수 있다.

올로바 연구팀은 성인 피부 세포를 사용했다. 이 세포들은 2000년대 노벨상 수상으로 이어진 연구 덕분에 배아의 만능줄기세포와 유사한 상태로 ‘역분화(reprogramming)’시킬 수 있었다. 연구팀은 역분화를 완전히 끝내지 않고 일부만 진행하는 ‘부분적 재프로그래밍(partial reprogramming)’ 방식을 활용했으며, 역분화 상태에 가까워질수록 세포의 생물학적 나이가 더 ‘젊게’ 측정된다는 사실을 확인했다.

그 결과 줄기세포 상태로 완전히 재프로그래밍된 지 약 20일이 지난 시점에서 해당 세포는 사용된 시계 기준으로 생물학적 나이 ‘0’에 도달했다고 올로바는 설명했다. 그녀는 “믿기 힘든 비현실적인 장면이었다”며 “전능줄기세포는 측정값이 –0.5로 나왔다. 말하자면 0보다 약간 더 ‘이전 상태’인 셈이었다”고 덧붙였다.

하버드대의 대표적 노화 연구자 바딤 글라디셰프(Vadim Gladyshev)는 이후 이와 같은 ‘음의 수준(negative level)의 노화’가 배아에도 적용될 수 있다고 제안했다. 실제로 배아 형성 초기에는 일종의 회춘이 일어난다. 노화된 난자와 노화된 정자가 결합해 완전히 새것과 같은 세포를 만들어내기 때문이다. 말 그대로 모든 흔적이 지워지고 초기 상태로 돌아가는 순간이다.

글라디셰프는 이 시점을 ‘시작 지점(ground zero)’이라고 부르며, ‘배아 발달 중기’ 어딘가에서 도달하는 지점이라고 본다. 이때부터 노화가 시작되며, 동시에 일명 ‘개체 수준의 삶’도 시작된다는 것이다. 올로바는 “흥미로운 점은 이것이 ‘삶이 언제 시작되는가’라는 철학적 질문과 맞닿아 있다는 사실이다”라고 설명했다.

생명의 시작점에 대해서는, 정자와 난자가 만나는 순간이라는 견해도 있고, 배아 세포들이 일정한 구조를 형성하기 시작하는 시점을 발화점으로 보는 견해도 있다. 올로바가 말하는 시작점은 몸의 기본 설계도가 확정되고, 세포가 그에 맞추어 조직화하기 시작하는 시점이다. 그녀는 “그전까지는 말 그대로 세포 덩어리에 불과하다”라고 덧붙였다.

물론 이것이 곧 생명이 배아 단계에서 시작된다는 뜻은 아니다. 다만 노화가 시작되는 시점은 그 무렵일 가능성이 크다. 포가닉은 “이 시점은 아마도 세대 간에 축적된 손상 흔적이 대거 제거되었다가 다시 쌓이기 시작하는 전환점일 수 있다”고 설명했다.

이 연구는 이제 막 시작 단계로, 결론을 내리기에는 아직 갈 길이 멀다. 그러나 노화가 언제 시작되는지 아는 것만으로도 시계를 되감으려는 시도에 중요한 통찰을 얻을 수 있다. 만약 세포에 이상적인 생물학적 나이가 존재한다면, 오래된 세포를 그 상태로 되돌리는 방법을 찾을 수도 있다. 혹은 특정 생물학적 나이에 도달했을 때 노화 속도를 늦추는 개입도 가능할지 모른다.

포가닉은 “아마 머리가 다 희끗해지기 훨씬 이전에 노화를 겨냥할 기회가 존재할지도 모른다”며 “이는 현재처럼 노년기에 집중하는 접근보다 훨씬 이른 시점이 ‘개입의 최적기’일 수 있음을 시사한다”고 설명했다

젊음과 노년이 만날 때

화이트가 처음으로 생쥐를 이어 붙였을 때, 그는 몇 시간이고 그 모습을 지켜보곤 했다. 그는 “정말 신기했다. 서로 붙어 있는데도 전혀 개의치 않았다”고 회상했다. 이후 그는 몇 가지 요령을 터득했다. 예를 들어, 수컷보다 암컷 생쥐를 주로 사용하는데, 수컷은 서로 다투고 물기까지 한다고 한다. 반면 암컷은 서로 잘 어울리는 편이다.

이들의 결합이 생물학적 나이에 미치는 영향은, 비록 일시적이긴 해도 노화 시계를 이용한 측정 결과 생물학적 나이가 어느 정도 가변적임을 보여주는 사례 중 하나다. 화이트와 동료들은 스트레스가 생물학적 나이를 높이는 것으로 보이지만, 스트레스가 사라지면 그 효과를 되돌릴 수 있다는 사실도 발견했다. 임신이나 코로나19 감염도 이와 유사하게 가역적인 영향을 준다.

포가닉은 이러한 접근을 인간 장기 이식에도 적용할 수 있을지 관심을 가지고 있다. 장기를 이식하기 전에 생물학적 나이를 측정하고, 수술 전 장기를 회춘시키는 방법이 있을지도 모른다는 것이다.

하지만 노화 시계에 관한 최신 데이터는 상황이 생각보다 훨씬 복잡할 수 있음을 시사한다. 포가닉과 동료들은 최근 심장 이식을 받은 환자들로부터 이식된 심장의 조직 표본을 채취해 생물학적 나이를 측정하는 연구를 진행하고 있다.

만약 노화가 젊음을 잃는 과정에 불과하다면, 우리는 젊음을 되찾는 방법에 대한 실마리를 얻을 수도 있다

포가닉에 따르면, 젊은 심장은 나이 든 몸에서도 잘 기능하지만 결국 이 장기의 생물학적 나이는 수혜자의 나이에 맞춰 점차 높아진다. 반대로 나이 든 심장이 젊은 몸에 들어가도 마찬가지다. 그는 아직 이 연구 결과를 발표하지는 않았지만, “몇 달이 지나면 조직이 수혜자의 생물학적 나이에 동화될 수 있다”라고 덧붙였다.

이러한 사실은 젊은 장기의 효과가 오래 지속되지 않을 수 있음을 시사한다. 또한 개별 장기를 회춘시키는 방법을 연구하는 과학자들은 보다 체계적인 회춘 전략에 초점을 맞출 필요가 있음을 보여준다. 예를 들어, 혈액을 구성하는 줄기세포를 젊은 상태, 어쩌면 ‘시작 지점’에 가까운 상태로 재프로그래밍하는 방법이 하나의 접근이 될 수 있다.

전신 회춘은 아직 먼 이야기일지 모르지만, 과학자들은 노화 시계가 인간의 노화를 되돌리는 단서를 제공해 줄 것이라는 기대를 품고 있다.

화이트는 “우리는 후성유전학적 시계를 더 젊은 상태로 되돌릴 수 있는 도구를 이미 갖고 있다”며 “이는 곧 시간을 거꾸로 돌릴 가능성이 열려 있다는 뜻”이라고 말했다.

The post 노화 시계는 진정 젊음을 되찾을 열쇠가 되어줄까 appeared first on MIT 테크놀로지 리뷰 | MIT Technology Review Korea.