[과학카페] 장수 비타민을 아시나요

[이코맨]

2018. 10. 31.

에너지 과잉 미량영양소 결핍 시대

'뭐 재미있는 게 좀 있나...'

매주 수목금 아침이면 커피를 홀짝이며 주간 학술지 사이트를 둘러보는 게 작은 즐거움이다. 수요일에는 ‘미국립과학원회보’, 목요일에는 ‘네이처’, 금요일에는 ‘사이언스’ 최신호가 공개된다. 그런데 수요일이 약간 번거롭다.

정기구독을 하고 있는 ‘네이처’와 ‘사이언스’의 경우 인터넷에서 목차를 미리 보는 셈으로 정 급할 때는 논문을 내려받아 읽으면 된다. 반면 구독을 하지 않는 ‘미국립과학원회보’의 경우 논문 제목과 초록(내용 요약)을 보고 흥미가 있을 경우 저자에게 이메일을 보내 논문을 요청하기 때문이다.

지난주 수요일 목차를 보다 조망(Perspective)란에서 ‘건강한 노화 늘이기: 수명 비타민과 단백질(Prolonging healthy aging: longevity vitamins and proteins)’이라는 제목이 눈에 들어와 클릭해 초록을 읽어보니 꽤 재미있는 내용 같아 저자에게 논문을 보내달라는 메일을 보냈다.

다음날 요청한 논문과 함께 “이 논문의 토대가 되는 내 우선권 이론(Triage theory) 논문도 같이 보낸다”는 답신이 왔다. 어떤 분야를 개괄하는 조망란에 논문을 낼 정도면 해당 분야의 권위자일 가능성이 큰데 자기 이론까지 있다는 걸로 봐서 대단한 사람일지도 모른다는 생각이 들었다. 인터넷 백과사전 위키피디아에서 ‘브루스 에임스(Bruce Ames)’를 검색해보니 정말 그를 소개한 항목이 있었다.

▲ 미국의 생화학자 브루스 에임스 교수는 비타민이나 미네랄 같은 미량영양소의 만성적인 부족이 오늘날 노화 가속화와 질병 만연의 숨은 원인이라고 주장하고 있다. 2003년 75세 때의 모습이다./ Matteo Ames 제공

필자는 두 번 놀랐는데, 먼저 저자가 1928년생으로 올해 90세라는 사실에 충격을 받았다. 아마 필자가 이메일을 주고받은 사람 가운데 최고령자일 것이다. 논문을 보면 미국 오클랜드어린이병원연구소 영양0慧六煐씽叩� 소속으로 나와 있는데 그렇다면 아직 현역이란 말인가. 저자는 버클리 캘리포니아대 생화학0乎隙迷薰건逵� 명예교수로 대학에서는 은퇴한 것으로 보인다.

다음으로 이 분이 1970년대 ‘에임스 검사(Ames test)’를 개발한 그 에임스라는 사실이다. 에임스 검사는 특정 박테리아를 이용해 화학물질의 발암성(돌연변이 유발)을 측정하는 기발한 방법이다. 브루스 에임스 교수는 오랫동안 암 관련 연구를 했고 2000년대 들어 노화 연구에 집중하고 있다. 그는 지금까지 550여 편의 논문을 발표했고 엄청난 인용횟수를 자랑한다.

에임스 교수의 권고에 따라 필자는 ‘우선권 이론’을 제안한 2006년 논문(역시 ‘미국립과학원회보’에 실렸다)을 먼저 보고 나서 이번 논문을 읽었다. 그리고 미량영양소에 대한 심오한 통찰을 얻었다.

에너지 과잉 미량영양소 결핍 시대

영양소는 섭취량에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 즉 탄수화물, 지방, 단백질처럼 음식 섭취량의 수십%에 이르는(물은 계산에서 뺐을 때) 다량영양소(macronutrients)와 적게는 하루 섭취량이 1밀리그램도 안 되는 미량영양소(micronutrients)다.

다량영양소는 몸의 구성성분이기도 하지만 주로 에너지(칼로리)를 내는 데 쓰인다. 반면 미량영양소는 칼로리는 없지만 몸이 정상적으로 기능하는데 필요한 비타민이나 미네랄(무기질)이다.

▲ 많은 미량영양소가 미토콘드리아 생성과 유지에 관여하는 것으로 밝혀지고 있다. 만성적인 미량영양소 부족은 미토콘드리아 문제로 이어져 노화가 빨라지고 다양한 질병에 취약해진다. 에너지 분자 ATP를 만드는 세포소기관 미토콘드리아의 전자현미경 이미지다. / 위키피디아 제공

에임스 교수는 2006년 논문에서 ‘에너지는 풍부하고 미량영양소는 부족한(energy-rich, micronutrient-poor) 정제된 음식’을 지나치게 섭취하는 현실을 지적한다. 따라서 칼로리를 줄이려는 노력과 함께 미량영양소 섭취를 늘리는 노력도 병행해야 건강한 삶을 살 수 있다고 강조한다.

다양한 제철 식재료로 만든 음식을 먹어 미량영양소를 섭취하는 게 가장 좋지만 여의치 않을 경우 종합영양제라도 복용하는 게 차선책이라고 에임스 교수는 주장한다. 종합영양제 유용성을 둘러싼 영양학계의 해묵은 논쟁에서 에임스 교수는 ‘필요하다’는 쪽을 대표하는 인물이다.

종합영양제 논쟁의 본질은 비타민이나 미네랄의 유용성 여부가 아니라 오늘날 많은 사람들이 보충제를 먹어야 할 정도로 부족한 상태냐 아니냐에 있다. 비타민의 비타(vita)가 생명을 뜻하는 말이듯이 비타민이나 무기질 결핍은 치명적인 결과로 이어질 수 있다.

신대륙 식민지 경영 시절 장기 항해를 하던 유럽 선원들이 괴혈병으로 무수히 쓰러진 게 대표적인 예다. 배에 장기 저장 시설이 없어 채소와 과일을 못 먹어 몸에 비타민C가 고갈된 것이 원인이라는 사실이 훗날 밝혀졌다. 야맹증(비타민A)과 각기병(비타민B1), 구루병(비타민D)도 그런 예들이다.

요즘 사람들이 비타민이 부족하다고 해도 이런 병에 걸릴 정도는 아니고 개인의 필요와 관계없이 이것저것 다 들어있는 종합영양제를 정기적으로 복용할 경우 자칫 특정 성분의 과잉 섭취로 부작용을 일으킬 수도 있다는 게 무용론자의 입장이다. 이를 뒷받침하는 임상시험 결과도 많다.

필자 역시 내가 어떤 영양분이 부족한지 모르는 상태에서 수십 가지 비타민과 미네랄을 일률적으로 섭취하게 하는 종합영양제는 적어도 매일 먹으면 문제가 있는 것 아닐까 생각한다. 다만 제임스 교수의 논문 두 편을 읽고 나서 종합영양제를 매일은 아니더라도 일주일에 한두 번은 먹는 게 어떨까 하는 생각이 들었다. 혹시라도 결핍된 영양소는 어느 정도 보충하면서 과잉으로 섭취되는 건 없게 하는 방편으로.

영양소 배치의 자연선택이론

그럼 필자가 이런 인식의 전환을 하게 만든 ‘우선권 이론’을 소개한다. 사실 ‘triage theory’를 우선권 이론이라고 번역하는 게 맞는지 모르겠다. 영어사전을 보면 ‘triage’는 ‘사고나 전쟁으로 다친 사람들을 빠르게 검사해 먼저 치료를 받아야 하는 중환자를 선별하는 과정’이라고 나와 있다. 환자수에 비해 의료진이 부족할 때 대응요령이다. 이게 미량영양소와 무슨 관계가 있을까.

동상(凍傷)에 대한 진화론적 설명에서 미량영양소의 우선권 이론을 이해할 수 있다. 우리 몸이 열을 계속 빼앗겨 위기라고 판단하면 생존에 직결된 몸통으로 혈액을 집중하고 손과 발 같은 말단의 혈관은 수축시키기 때문에 손과 발이 먼저 동상에 걸린다.

마찬가지로 미량영양소가 부족해지면 우리 몸은 당장 생존에 필요한 쪽에 우선 제공하기 때문에 그렇지 않은 영역에서는 공급이 끊기게 돼 제대로 작동하지 않게 된다. 그리고 당장 급하지 않은 영역을 소홀히 하는 일이 지속될 경우(만성 영양 부족) 우리 몸은 노화가 빨라지고 각종 만성질환에 시달리게 된다는 게 우선권 이론의 핵심이다.

이를 분자차원에서 들여다보자. 예를 들어 ATP(에너지 분자)를 합성하는 효소와 DNA 손상을 복구하는 효소가 같은 비타민 또는 미네랄을 필요로 할 경우 이게 부족하면 ATP 합성 효소쪽에 우선 공급되고(에너지가 없으면 죽으므로) 그 결과 DNA 손상이 방치된다(암 발생 위험성 증가). 마찬가지로 적혈구 생산(삶을 유지하려면 산소가 공급돼야 하므로)이 백혈구 생산에 우선되고(면역력 저하), 심장(혈액이 공급돼야 하므로)이 간에 우선된다(해독작용 부실).

사실 어원적으로 비타민은 생존에 필요한 영양분이므로 우선권 이론은 미량영양소에게 애초에 없던 역할(노화 억제와 건강수명 연장)까지 부여한 뒤 그걸 충족하지 못했다고 비난하는 꼴이라고 볼 수도 있다. 그러나 이는 비타민의 존재를 발견하던 시절 과학 지식의 한계 때문이었을 뿐이라고 에임스 교수는 주장한다.

비타민의 생체 작동 메커니즘을 정확히 모르는 상태에서 결핍됐을 때 나타나는 치명적인 급성 증상을 보고 이런 이름을 붙였지만 훗날 메커니즘이 하나둘 밝혀지면서 이 물질들이 다양한 생리활성에 영향을 미친다는 사실이 드러났다. 미량영양소 부족으로 우선권에서 밀린 기능은 제 역할을 하지 못하더라도 당장은 눈에 띄는 증세가 나타나지 않는다. 따라서 의학계는 노화 촉진이나 만성질환 위험성 증가가 그 결과라는 인과관계를 깨닫지 못했고 지금도 이런 통찰이 부족하다는 것이다.

미토콘드리아 활성에 영향 미쳐

이번에 발표된 논문에서 에임스 교수는 한발 더 나아가 ‘장수 비타민’이라는 개념을 만들었다. 없어도 당장 생존에 문제를 일으키지는 않지만(따라서 기존 정의에 따르면 비타민이 아니다) 건강하게 오래 살기 위해서는 꼭 필요한 영양소를 ‘장수 비타민(longevity vitamin)’이라고 이름 붙인 것이다. 참고로 기존 개념에 충실한 비타민을 ‘생존 비타민(survival vitamin)’이라고 부른다.

논문에서 에임스 교수는 장수 비타민을 세 가지 범주로 나눠 소개했다. 먼저 생존 비타민이면서 동시에 장수 비타민인 범주로 비타민D, 해양 오메가3지방산, 마그네슘이다.

비타민D는 오늘날 대중매체를 통해 장수 비타민으로서 다양한 역할이 알려지면서 많은 사람들이 그 중요성을 인식하고 있다. 현대인 다수가 주로 실내에서 생활하고 모처럼 야외활동을 할 때도 자외선차단제를 발라 햇빛을 차단하곤 한다. 그러다 보니 체내에 비타민D가 늘 부족한 사람들이 많다. 만성적인 비타민D 부족은 높은 사망률과 암, 심혈관계질환, 당뇨병, 뇌 기능장애 등 다양한 측면에 영향을 미치는 것으로 밝혀지고 있다.

해양 오메가3지방산은 DHA와 EPA를 말하는 것으로 들기름이나 아마씨기름에 많이 들어있는 오메가3인 리놀렌산과 구분하기 위해 굳이 ‘해양’을 붙인 것이다. 인체에 장수 비타민이라고 말할 수 있을 정도로 영향을 미치는 오메가3는 DHA와 EPA로, 만성적인 부족은 사망률 증가와 함께 뇌와 눈의 건강을 해친다. 또 해양 오메가3는 비타민D가 효율적으로 기능하는 데도 중요한 것으로 밝혀졌다.

마그네슘(Mg)은 엽록소 분자의 가운데에 자리하는 미네랄로 채소를 충분히 섭취하면 문제가 없는 영양소다. 그런데 오늘날 많은 사람들이 채소를 잘 먹지 않아 만성적인 부족 상태에 있다. 최근 연구결과들을 종합하면 만성적인 부족은 사망률 증가와 함께 DNA 복구 능력 저하, 암(특히 폐암) 위험성 증가, 심혈관계질환 증가와 연관돼 있다. 또 비타민D를 활성형으로 바꾸는 데도 필요하다.

두 번째 범주는 ‘조건부 비타민(conditional vitamin)’으로 몸이 만들기는 하는데 그 양이 충분하지 않은 물질들이다. 여기에는 콜린과 타우린이 있다. 콜린(choline)은 여성의 11%만이 권장량 이상을 섭취하고 있고 인구의 평균 섭취량은 권장량의 절반에서 3분의 2 수준이다. 콜린 결핍은 DNA 손상과 후성유전학적 변이를 일으키고 뇌 발달에도 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

우리가 익숙한 타우린(taurine) 역시 인체에서 만들기는 하지만 양이 적어 음식으로 보충해줘야 한다. 타우린 부족은 다양한 질환에 걸린 위험성을 높이는데 특히 미토콘드리아에 치명적이다. 타우린은 미토콘드리아의 전달RNA(tRNA)의 구성성분을 만드는 데 필요하기 때문에 결핍될 경우 여러 미토콘드리아 질환을 일으킨다.

타우린은 해산물에 풍부하게 들어있는데, 에임스 교수는 일본 오키나와 사람들이 장수하는 주요인을 타우린으로 돌리고 있다. 반면 브라질로 이민 간 일본인들은 해산물을 거의 먹지 않게 됐고 육식 위주의 식사를 했는데 그 결과 오키나와 사람들과 비교하면 기대수명이 무려 17년이나 짧다는 것이다.

▲ 에임스 교수가 논문에서 ‘장수 비타민으로 추정되는 물질’로 소개한 에르고티오네인은 강력한 항산화제로 심혈관계질환을 예방하고 손상된 조직을 보호하는 것으로 밝혀졌다. 에르고티오네인은 특히 느타리버섯에 많이 들어있다. / 위키피디아 제공

세 번째 범주는 ‘장수 비타민으로 추정되는 물질들’로 네 가지를 소개하고 있다. 먼저 에르고티오네인(ergothioneine, ESH)으로 버섯(느타리버섯과 그물버섯)에 많이 들어있다. ESH는 인체의 거의 모든 조직에 존재하는데, 특히 뇌와 골수, 수정체, 각막, 적혈구에 높은 농도로 분포한다. ESH는 강력한 항산화제로 심혈관계질환을 예방하고 손상된 조직을 보호하는 것으로 밝혀졌다.

다음으로 이름도 복잡한 피롤로퀴놀린 퀴논(pyrroloquinoline quinone, PQQ)로 역시 강력한 항산화제로 미토콘드리아의 기능을 높여 신경 보호, 인지력 개선 등 다양한 역할을 한다는 사실이 밝혀지고 있다. 박테리아만 만들 수 있는 물질이지만 식물이 토양미생물이 만든 PQQ를 흡수한다. 따라서 인체 조직에 비해 채소와 과일에 5~10배 농도로 들어있다.

퀴에우인(queuine)은 진화적으로 오래된 분자로 역시 박테리아가 만들어 식물이나 동물이 흡수한다. 사람의 경우 섭취한 음식이나 장내미생물에서 얻는다. 퀴에우인은 몇몇 전달RNA의 구성성분이기 때문에 결핍될 경우 단백질 합성에 문제가 생긴다. 또 BH4라는 물질의 수치도 떨어지면서 세로토닌을 제대로 못 만들어 자폐나 조현병 등 정신질환에 취약해진다.

끝으로 카로티노이드(carotenoids)는 특정 구조를 공유하는 600여 가지 물질을 아우르는 이름으로 식물이 합성한다. 카로티노이드는 알파·베타 카로틴처럼 비타민A로 바뀔 수 있는 종류와 루테인, 제아잔틴, 리코펜, 아스타잔틴 등 바뀔 수 없는 종류로 나뉜다. 최근에는 후자가 강력한 항산화제로 주목을 받고 있다. 카로티노이드 부족은 사망률을 높이고 황반변성 등 시각장애, 인지력 저하, 심혈관계질환, 암 등 각종 질환의 위험성을 높이는 것으로 알려져 있다.

▲ 최근 주목받고 있는 카로티노이드인 아스타잔틴의 분자 구조. 다른 카로티노이드는 짝이중결합(conjugated double bond)이 11개인 반면 아스타잔틴은 13개에 이른다. 아스타잔틴은 세포막 성분인 지질의 산화를 막아주는 강력한 항산화제다. / 위키피디아 제공

예방의학 시대의 필수 관리 항목

그렇다면 에임스 교수는 종합영양제 복용 필요성에 대한 끊임없는 논란을 어떻게 바라볼까. 그는 미량영양소의 결핍이 아닌 부족이 건강에 미치는 영향을 임상시험으로 평가하는 게 구조적으로 어렵다고 설명한다. 많은 사람들을 대상으로 수년에서 수십 년에 걸쳐 임상을 진행해야 하므로 비용이 많이 들고 이 기간 동안 대조군인 사람들도 이런저런 이유로 영양제를 먹을 가능성이 높아 제대로 된 비교가 어렵기 때문이다.

따라서 임상시험보다는 분자 차원에서 미량영양소의 작동 메커니즘을 규명하는 연구와 역학 연구에 주력해야 한다고 주장한다. 앞의 오키나와와 브라질 일본인처럼 식생활에 따른 미량영양소 섭취의 차이와 질병 위험성 및 수명의 관계를 보는 식이다.

에임스 교수는 시간이 지날수록 미량영양소에 대한 자신의 주장이 널리 받아들여질 것이라고 낙관하고 있다. 개인게놈시대와 피 한 방울로 체내 미량영양소 수치를 분석할 수 있게 되면 개인(유전형)에 따라 부족하거나 과잉인 영양소 목록이 나오고 이에 따른 최적의 식단 또는 영양제가 제시되는 시대가 머지않았기 때문이다. 또 미량영양소 목록도 길어질 것이라고 예상한다.

올해 90세임에도 참고문헌이 148편이나 되는 긴 논문을 단독으로 썼다는 건 에임스 교수가 여전히 체력과 정신력을 유지하고 있다는 얘기일 것이다. 아마도 건강을 위해 여러 가지 미량영양소를 복용하고 있지 않을까. 그렇다고 종합영양제 옹호론자들이 “에임스 교수가 산 증인”이라는 식으로 말한다면 전혀 과학적인 태도가 아닐 것이다.

마찬가지로 종합영양제가 차선책이 될 수 있다고 주장하는 사람들을 ‘업체 돈을 먹고 영혼을 판 사이비 과학자’로 매도하는 것 역시 문제 아닐까. 에임스 교수의 논문 두 편을 읽으며 이런 편협한 시각으로 종합영양제 논란을 바라본다는 것은 평생 이 분야에 헌신해 온 연구자들을 모욕하는 게 아닌가 하는 생각이 들었다.

강석기 / 과학칼럼니스트 kangsukki@gmail.com

동아사이언스