라파마이신
500~700년 전 원주민들이 세운 거대한 석상으로 유명한 이스터 섬이 1960년대에 전혀 다른 이유로 헤드라인을 장식했다. 이스터 섬 토양에서 항진균 활성 화학물질을 만들어내는 박테리아, 스트렙토미세스 하이그로스코피쿠스Streptomyces hygroscopicus가 발견된 것이다. 이 화학물질이 '라파마이신'이며 면역억제 효과도 있는 것으로 밝혀져 장기 이식 거부반응을 막는 약물로 임상에 사용되었다.
mTOR 단백질과 자가포식
1991년, 스위스 바젤 대학교의 마이클 홀 박사가 라파마이신이 '라파마이신의 기계적 표적'mechanistic target of rapamycin, mTOR라고 부르는 단백질에 결합하여 면역체계를 억제하는 메커니즘을 밝혀냈다. mTOR는 일종의 '세포 스위치'로, 세포가 성장하고 단백질을 합성해 근육을 만들어야 할지, 아니면 오래된 노폐물을 청소하는 쪽으로 전환해야 할지를 결정한다.
오래된 노폐물 청소 과정을 '자가포식'autophagy이라고 하는데, 자가포식 과정에서 세포는 알츠하이머병이나 파킨슨병 같은 신경퇴행성 질환과 관련된 잘못 접힌 단백질처럼, 손상되거나 기능 이상이 생긴 자신의 구성요소를 분해·소화한다. 이렇게 분해된 노폐물은 아미노산과 지질로 바뀌어, 세포가 새롭고 건강한 구성요소를 만드는 데 재활용되거나 필수 에너지원으로 연소된다. 죽거나 결함이 있는 세포 기관을 청소함으로써 더 젊고 건강한 세포의 재생을 촉진한다.
mTOR가 활성화된다는 것은 근육 단백질이 합성되고, 세포가 성장하며, 조직이 회복되고 있다는 것이며, 아미노산과 탄수화물 같은 영양분이 유입될 때, 또는 웨이트트레이닝처럼 근육에 운동 자극이 가해질 때 mTOR의 활성화가 일어난다. 그러나 이런 활성화가 지속되면 세포는 쉴 틈을 갖지 못하고 가속화된 속도로 계속 분열하게 되며, 이는 노화와 암으로 이어질 수 있다.
반면, 칼로리를 제한하거나 격렬한 심혈관 운동으로 에너지가 소모되면 세포는 mTOR 활성을 낮추는 방식으로 반응한다. 그러면 에너지를 소비하는 성장 과정이 멈추고 생존 모드로 전환이 유도되며, 암세포와 면역세포를 포함한 세포 증식이 감소한다. 또, 영양분 유입이 줄어들면 자가포식과 그에 따른 회춘 효과가 촉발된다. 실제로 칼로리 제한은 다양한 종에서 일관되게 수명 연장 효과를 보여준다. 그러나 mTOR 활성을 낮추는 것에는 단점도 있는데, 근육 손실과 면역체계 약화로 이어질 수 있다는 것이다. 물론 장기 이식 거부반응을 막는 데에는 약화된 면역체계가 오히려 바람직하다.
결론
이 모든 내용이 실제로 의미하는 바는 무엇일까? 과식으로 자극되는 mTOR의 과도한 활성화는 피해야 하며, 라파마이신 같은 mTOR 억제제는 일부 암의 성장을 늦추는 데 활용될 수 있다. 간헐적 단식 같은 칼로리 제한을 통해 mTOR를 가볍게 억제하면, 세포는 일시적으로 성장 기능을 멈추고 수명 연장 효과가 있는 자가포식에 들어갈 수 있다.
칼로리 제한을 모방하기 위해 라파마이신을 사용하는 것은 수명 연장법으로 '홍보'되어 왔다. 그러나 지금까지 나온 증거는 효모·초파리·선충·쥐에서 나온 것뿐이다.
현재로서는 라파마이신 처방을 받아 복용하려고 애쓰는 것보다, 칼로리를 줄이고 웨이트 트레이닝을 함으로써 mTOR를 억제해 세포 성장을 낮추고 자가포식을 촉진하는 것이 더 나은 방법이다.
