서카디안 리듬(Circadian Rhythm )에 맞춰 살아야 하는 이유

[友步.severius]

  모든 생명체는 일정한 주기로 반복적으로 변화하는 생체 리듬이 있다. 낮과 밤 주기에 따라 인체 역시 생체리듬이 변한다. 그런데 이 리듬이 발생하는 생체리듬이 변화는 원인에 대해 과학적 단서가 발견되었다. 2017년 노벨상 생리의학상 수상자는 생체시계를 통제하는 분자 메커니즘을 발견한 공로로 미국의 제프리 홀, 마이클 로스바쉬, 마이클 영이 받았는데 그들은 유전자를 생성하는 단백질이 세포 안에서 사라지는 24시간 주기 때문에 생체리듬이 발생하는 것을 확인한 것이다. 해가 뜨면 깨어나고 낮에 여러가지 활동을 하다가 밤이 오면 다시 잠드는 생체 시계시스템은 과연 어떻게 작동하는 것일까?  아침에 눈을 통해 빛이 감지되면 이 신호는 뇌에 시상하부에 위치한 시각교차 뇌에게 전달된다.  이곳에는 생체리듬을 총괄하는 생체 시계가 있는 것으로 추정된다. 세포에는 생체 리듬을 조절하는 주기유전자가 있다. 이 유전자는 밤 동안에 PER 단백질을 생성해서 계속 쌓이게 한다. 날이 밝으면 PER 단백질은 세포내에 항상 존재하는 TIM 단백질과 결합해서 세포핵으로 들어가게 되는데 이 세포가 낮 동안에 주기유전자가 활동하지 못하게 억제하는 것으로 밝혀졌다.

주기유전자와 단백질의 상호작용이 24주기 생체리듬을 만들어내는 것이다. 뇌에 있는 생체시계를 인체전반을 조정하는 중추시계라 생각한다면 음식섭취 등 큰 영향을 받는 각 장기 세포는 부분 독립적인 말초시계를 작용한다. 중추시계와 말초 시계의 상호조절로 생체리듬이 형성되는 것이다. 생체 리듬과 우리 몸 모든 컨디션이들은 다 관련되어 있다. 그래서 생체 리듬이 깨졌다는 건 우리 몸이 최적의 상황을 벗어났다는 것이다. 이것이 장기적으로 지속될 때 문제가 생길 수 있다. 신진대사를 관장하는 유전자들의 상당 부분이 우리 몸의 하루 리듬과 관계되는 유전자의 영향을 받는 것이다. 이런 하루리듬, 즉 생체시계에 교란이 생기면 우리 몸은 굉장히 다양한 질병에 노출될 수 있다. 생체리듬의 교란 중 가장 흔한 병은 비만이다.

생체 시간 중 늦은 시간에 음식물 섭취하면 체지방을 쌓이게 한다. 생체 시간상 저녁 혹은 밤에 음식물을 섭취하는 것은 체지방을 늘리는 중요한 요인이 된다. 불규칙한 식사나 야식을 하게 되면 일단 포만감을 느끼게 하는 렙틴이라는(식욕억제)호르몬이 제대로 작동을 하지 않고 더 허기지게 만들어 더 음식을 섭취하게 되는 그렐린이라는 식욕 호르몬이 증가하게 된다. 음식 섭취는 생체리듬 말초시계를 작동시켜 소화기관 작용과 대사작용을 활발하게 만든다 그런데 밤이 되면 중추시계작용으로 간뇌 내분비선인 통과선에서 멜라토닌 호르몬 분비가 급격하게 늘어나 소화기관을 잠들기 쉬운 차분상태로 만든다. 또한 수면 중에는 지방세포가 분비하는 식욕억제 렌틴도 급격히 늘어나 포만감을 느끼게 하는 것이다 그런데 수면시간인 밤에 음식을 섭취하게 되면 소화기관이 깨어나 활동하게 되고 생체 리듬이 틀어지면서 멜라토닌 호르몬과 레틴호르몬 분비에 교란이 생긴다. 따라서 수면이 방해를 받고 식욕이 증가해서 야식을 더 먹는 악순환이 일어나는 것이다. 야식을 먹고 바로 잠들면 대사과정을 거치는 시간이 부족해서 영양분이 지방으로 바뀌어 몸에 저장되면 비만을 부르게 되는 것이다. 호르몬 주기 유지가 흐트러지게 되면 체내 생체리듬 동기화 해제로 이어져 당뇨나 비만 등의 대사 질환을 일으키게 되는 것이다. 생체시계 유전자는 피하지방이 아닌 내장지방과 서로 교통하며 서로 영향을 주고받는다는 사실이 확인되었다. 비만이 증가하게 되면 생체시계 유전자 발현에도 영향을 줘서 유전자들의 일주기 리듬을 관장하는 여러가지 행동을 방해하게 되어 생체시계가 망가지면 비만이 증가하게 되고 비만은 생체시계를 더욱 교란시켜 갈수록 악화되는 것이다. 우리 몸은 몸에 있는 생체시계대로 생활하면 전혀 병이 일어나지 않는다.  해 뜨면 일어나서 식사하고 움직이고 일하고 해가 지면 음식 섭취를 안 하고 수면을 잘 취하면 전혀 문제가 없다. 그런데 생체시계가 망가지면 시간이 앞당겨 지거나 아니면 뒤처지거나 이러면서 일시적으로 피곤하거나 졸리면서 만성적으로 축적되어 호르몬 시스템에 여러가지 이상이 생기면서 각종 대사질환이나 각종 만성질환이 발생하게 되는 것이다

모든 생태를 조절하는 생태시계도 마찬가지이다. 모든 세포는 뇌에서 작동하는 중추시계의 통제를 받지만 간이나 소화기관 같은 장기의 말초시계는 일부 독립적으로 작동하는 부분도 있기 때문에 중추시계와 상호작용으로 주기를 맞추어 생태리듬을 유지해 가게 되어 있다. 하지만 정작 우리는 이런 생태리듬에 불규칙한 생활 습관으로 혼란을 주는 경우가 많은데 24시간 생태리듬에 맞게 생활습관을 바꿔준다면 인체는 과연 어떤 변화가 일어날까? 우리는 평소 얼마나 생태주기 리듬을 지키려는 생활을 하고 있을까? 어느 한 연구소 조사에 따르면 평소 우리는 14시간 음식을 섭취하고 있는 것으로 나타났다. 그런데 3년전 미국에 있는 연구소에서 스마트 앱을 통해 건강을 위해 변화가 필요한 사람의 불규칙한 식습관을 고치려는 시도에서 16주 동안 하루 10-11시간 안에만 식사하도록 한 결과 체증이 감소했고 더욱 활기 넘치는 생활도 기능해졌으며 수면도 개선되었다고 보고되었다. 인간은 24시간 주기로 생채리듬이 변화한다. 아침 6시부터 12시간까지 코르디솔 호르몬이 분비되면서 잠에서 깨어나고 점차적으로 각성상태가 최고로 유지된다. 낮 12시부터 저녁 6시까지는 신체반응이 가장 빨라지고 생체와 정신 조합 활동 능력이 최적화되며 체온이 높아진다. 저녁 6시부터 12까지는 혈압이 가장 높아지고 수면유지 호르몬인 멜라토닌 호르몬이 분비되기 시작한다. 12시부터 아침 6시까지는 멜라토닌 호르몬 분비가 최고에 달해 안정된 수면상태에 돌입하게 되고 체온도 가장 낮아진다 이러한 생체의학에 견주어 보았을 때

얼마나 먹고 무엇을 먹느냐가 중요한 것이 아니라 언제 먹느냐 라는 먹는 시간이 중요한 것이다.  다른 건 신경 쓰지 말고 대신 먹는 시간대만 조절하면 삶의 질과 건강을 최대한으로 끌어 올릴 수 있는 것이다. 아침부터 먹기 시작해서 하루12시간 내에서만 먹고 나머지 12시간은 공복상태를 유지해 준다면 살은 빠지고 건강도 좋아진다. 살이 졌다는 것은 그만큼 생체리듬이 깨지고 다른 조절 기능도 깨졌다는 의미이다. 그래서 그만큼 내 몸이 무너졌다는 의미가 되기 때문에 생체리듬을 회복하는 작업은 비만인 사람은 체중감량을 하고 건강한 몸으로 돌아오기 위한 필수요건이 되는 것이다. 그런 기초적인 토대를 만들어 놓고 여기에 식이 조절과 운동을 병행한다면 삶의 질을 높이고 신체의 각 기관을 건강하게 되돌릴 수 있는 것이다.  이런 생체의학을 웰빙으로 되돌릴 수 있는 것은 과학자들의 노력에서 기인된 것이다

사람을 비롯한 동·식물 세포 안에는 생리현상을 주관하는 생체 리듬, 즉 시계와 같은 메커니즘이 작동하고 있다. 인간의 경우 세 메커니즘이 작동하고 있는데 체온 변화와 같은 ‘하루보다 짧은 주기’, 낮과 밤에 따른 ‘24시간 주기’, 여성 생리 등 ‘하루보다 긴 주기’가 그것이다. 2017년 노벨 생리의학상을 받은 3명의 수상자는 세 주기 중 하루 동안의 주기적 변화를 의미하는 ‘서캐디언 리듬(circadian rhythm)’을 집중적으로 연구해왔다. ‘서카디안 리듬’이란 라틴어로 ‘circa(근처에란 뜻)’와 ‘day(하루)’를 합성한 단어로 ‘24시간 주기’를 말한다. 이를테면 식사를 언제 해야 할지, 또는 언제 자고 언제 일어나야 할지 등을 주기적으로 알려주는 기능을 말한다. 노벨위원회에 따르면 이들 3명의 과학자는 초파리에게서 생체 리듬을 컨트롤하는 유전자를 분리하는데 성공했다.

그리고 이 유전자 신호에 따라 주기적으로 밤에는 세포 내 분자가 축적되고 있으며, 또 낮에는 분해되고 있다는 사실을 확인했다. 수상자들은 이어 세포 안에서 스스로 움직이는 시계 태엽(self-sustaining clockwork)과 같은 생체시계 메커니즘을 발견했다.

이 메커니즘은 또한 사람을 비롯한 다른 생체 세포구조 속에서도 같은 원리에 따라 움직이고 있었다. 이 생체시계는 매일매일 매우 정교하게 작동하면서 생물 세포 안에서 놀라운 정도로 다양한 생체 리듬을 만들어내고 있었다. 또 행동(behaviour)을 비롯 호르몬 분비량, 수면, 체온, 신진대사 등에 이르기까지 생리작용 전반을 통제하고 있었다. 이는 사람이 습관적으로 생체시계를 자주 거스를 경우 건강을 크게 해칠 수 있다는 것을 의미한다.

예를 들어 잦은 비행기 여행으로 시차증을 자주 경험할 경우 불균형에 의한 다양한 질병을 유발할 수 있다. 생체시계에 비밀을 처음 감지한 사람은 18세기 천문학자 장-자크 도르투 드 메랑(Jean Jacques d’Ortous de Mairan)였다. 그는 식물 ‘미모사’가 낮에는 태양을 향해 잎을 펼치고 있다가 어두워지면 잎을 오므린다는 사실에 주목했다. 미모사가 계속 어두운 환경에 노출되면 어떤 변화를 보일지 궁금했던 그는 햇빛을 차단시킨 후 미모사 움직임을 관찰했다. 그리고 햇빛이 없어도 잎들은 일상적인 밤낮의 주기에 따라 움직인다는 사실을 발견했다. 식물에 생체시계가 돌고 있다는 최초의 증명이었다. 이후 다른 과학자들은 사람을 비롯한 동·식물 대상의 연구를 진행했고 세포 안에서 생체시계가 돌고 있다는 사실을 확인했다.

과학자들은 이 메커니즘을 ‘서카디안(circadian) 리듬 ’이라고 명명했다. 그리고 약 200여년에 걸쳐 이 메커니즘이 발생하는 원인을 알아내려 했지만 그 비밀이 밝혀지기 시작한 것은 1970년대 들어 유전자 연구를 시도하면서부터 다.

미국의 분자생물학자였던 캘리포니아공과대학의 세이무어 벤저(Seymour Benzer) 교수 연구팀은 사람의 유전자와 매우 유사한 초파리 유전자가 세포 안에서 24시간 주기 ‘서카디안 리듬’을 컨트롤하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 이들은 어떤 돌연변이 유전자가 24시간 내내 초파리의 ‘서카디안 리듬’을 방해하고 있다는 사실을 알아냈다. 벤저 교수 연구팀은 생체시계 리듬을 잃어버리게 한 초파리 유전자를 ‘PER(period의 줄임말)’이라고 불렀다. 그러나 24시간 내내 ‘서카디안 리듬’을 방해하고 있는 돌연변이 유전자가 어떤 과정을 통해 어떤 활동을 하고 있는지는 밝혀내지 못하고 있었다. 이 수수께끼를 풀어준 사람들이 올해 노벨상을 수상한 3명의 과학자들이다.

이들은 1984년 초파리 세포 안에서 PER 유전자를 분리해내는데 성공했다. 이어 제프리 홀 교수와 마이클 로스바시 교수는 이 유전자에 의해 암호화된(encoded) ‘PER 단백질’을 찾아냈으며, 이로 인해 24시간 주기적으로 활동을 통제받고 있다는 사실을 발견했다. PER에 영향을 받은 단백질이 밤이 되면 축적됐다가 낮 시간에 다시 분해되면서 세포활동을 조절하고 있었다. 이 과정을 확인한 3명의 과학자들은 현재 이 ‘서카디안 리듬 ’이 어떤 과정을 통해 어떻게 지속적으로 가동되고 있는지 후속 연구를 이어갔다.

제프리 홀 교수와 마이클 로스바시 교수는 ‘억제 피드백 고리(inhibitory feedback loop)’에 의해 ‘PER 단백질’이 자신의 합성을 막을 수 있으며, 그 결과 지속적이면서 주기적인 일주 리듬을 스스로 조절할 수 있다고 추론했다.

이어 두 교수는 후속연구를 통해 PER 단백질이 유전물질이 들어 있는 세포핵 안에 도달해 있는 것을 발견했다. 그러나 이 단백질이 어떤 식으로 유전물질을 자극하고 생체시계에 영향을 미치고 있는지 알아내지 못하고 있었다. 이 궁금증을 풀어준 사람이 마이클 영 교수다. 그는 1994년 PER 유전자에 TIM(timeless의 줄임말) 유전자가 결합해 있는 것을 발견했다. PER 단백질이 세포핵에 들어갈 수 있었던 것은 PER 유전자가 TIM 유전자와 결합했기 때문. 이런 과정을 거쳐 세포핵 도달한 ‘PER 단백질’은 ‘억제 피드백 고리(inhibitory feedback loop)’에 의해 자신의 합성을 차단할 수 있었다. 이 과정은 세포 내에서 단백질에 어떤 변화가 일어나고 있는지 말해주고 있었다. 그러나 24시간 주기로 변화하는 생체 리듬과 관련 의문이 풀리지 않고 있었다. 이 역시 마이클 영 교수가 해결했는데 ‘DBT(doubletime의 줄임말) 단백질’이 PER 단백질의 축적에 영향을 미친다는 사실을 발견했다.

이 발견은 특정 유전자 활동이 24시간 주기 ‘서카디안 리듬에 어떤 영향을 미치고 있는지 상세히 말해준다. 노벨상위원회는 “이들 세 과학자가 패러다임 전환을 통해 생체시계가 작동하는 핵심 원리를 발견할 수 있었다.”고 치하했다.

결론은 24시간 주기로 변화는 생체리듬 안에서 해가 뜨면 일어나 아침을 먹고 점심과 저녁을 먹는 식습관을 12시간 내에 한정시키고 나머지 12시간은 공복을 유지한다면 건강을 유지하게 된다는 것이다. 이러한 생체리듬에 따라 생활을 해본 결과 각종 질병의 수치들이 정상화되는 것을 느 낄 수 있었다. 또한 생체리듬 따라하는 생활과 더불어 걷기를 1시간 30분 지속해 나가자 피곤함도 사라지고 생활에 활기를 찾을 수 있었다. 그리고 오랜 습관으로 길들여진 몸 때문에 자신도 모르게 생체리듬 따라 생활을 하는 것을 잊을 적이 있었는데 이럴 경우에도 멈추지 말고 바로 다시 자세를 잡아 나가며 이어나 가는 것도 중요한 일이다.