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오래 살기 위해서는 언제 먹는 것이 좋을까?

UT 사우스웨스턴 메디컬 센터(UT Southwestern Medical Center)가 최근에 공개한 연구 결과에 따르면 ‘무엇을 먹는가’ 뿐만 아니라 ‘언제 어떻게 먹는지’가 우리의 수명에 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. 

먹는 칼로리를 줄이는 것이 수명을 연장시킬 수 있다는 생각은 오랫동안 있어왔다. 그러나 UT 사우스웨스턴의 두 신경과학 교수, 조셉 타카하시(Joseph Takahashi)와 칼라 그린(Carla Green) 교수가 이끄는 연구진은 쥐의 경우 칼로리 섭취 제한이 가져오는 수명 연장의 효과가 가장 컸을 때는 ‘생체 시계(circadian clock)에 맞춰 사료를 먹었을 때’라는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 

생체 시계는 식사, 수면, 활동 등 서로 다른 상태에 우리 몸의 세포가 최적으로 대비할 수 있도록 하는 내부의 시간 측정 장치를 말한다. 

이 연구 결과는 올해 5월 사이언스(Science)지에 게재되었다. 그린 교수는 “섭식을 생체 리듬(circadian rhythm)에 맞추는 것이 전체 건강에 얼마나 중요한지를 분명히 알려주는 결과”라고 설명했다. 

이번 연구는 쥐를 실험 대상으로 했지만 후속 연구에서는 사람의 식습관이 어떻게 수명과 연관이 있는지를 밝혀낼 수 있는 단초가 될 것으로 기대된다.

타카하시와 그린 교수는 생체 리듬과 관련한 연구를 수 년간 해왔는데, UT 사우스웨스턴 신경과학부(department of neuroscience)의 수장이자 하워드 휴즈 의학 연구소(Howard Hughes Medical Institute) 소속 연구원이기도 한 타카하시 교수는 1997년 자신의 연구팀과 함께 포유동물에서 생체 시계를 조절한다고 알려진 최초 유전자를 발견한 바 있다. 

그린 교수는 UT 사우스웨스턴 선정 ‘신경과학 분야 우수 연구 교수(Distinguished Scholar of Neuroscience)’이며, 타카하시 교수와 과거에도 연구 프로젝트를 함께 진행해 왔다. 

8년 전 두 교수는 쥐를 이용한 칼로리 제한에 관한 기존 연구들을 면밀히 검토한 결과 놀라운 사실을 발견했다. 쥐가 야행성 동물임에도 불구하고 실험에 사용된 쥐들은 낮 시간에 주로, 그것도 일 주일에 세 번만 사료를 먹도록 연구가 설계되어 있었던 것이다. 

이러한 잘못 설계된 급식 프로토콜로 인해 연구진은 쥐의 정상적인 섭식 행태를 반영하지 못했다.   

이에 그린 교수와 타카하시 교수는 쥐가 정상적인 일일 생체 리듬에 맞춰 섭식하는 상태에서 진행되는 칼로리 제한이 쥐의 수명에 어떤 중요성을 갖는지 실험해 보고자 했다.

실험 대상 쥐는 각각의 다른 그룹으로 나누어 3가지 급식 요인(feeding factors)을 기준으로 무엇을 언제 먹는지에 변화를 주었다.   

첫 번째 요인은 칼로리 섭취량이었다. 대조군(control group)의 쥐들은 칼로리에 제한을 받지 않은 반면 나머지 5개 실험군에서는 쥐의 칼로리를 30%까지 제한했다. 

두 번째는 생체 리듬 정렬(circadian rhythm alignment)로 쥐의 먹이 공급 스케쥴을 쥐의 일반적인 생체 리듬에 맞춰 달리 설정하였다. 어떤 쥐들은 익숙한 활동 시간인 밤에만 먹었고, 어떤 쥐들은 낮에만 먹게 했다. 

세 번째 요인은 단식하는 시간, 즉 쥐들이 먹지 않고 지내는 시간이었다. 낮과 밤 실험군에서 일부 쥐들은 12시간 이상 간격을 두고 먹이를 먹었고, 나머지 12 시간 동안 금식했다. 다른 그룹의 쥐들은 하루치 급식량을 한 번에 주었더니 두 시간만에 폭식했다. 마지막 그룹의 쥐들은 단식없이 24시간에 걸쳐 먹이를 주었다. 

급식을 시행하는 과정에서 연구진은 현실적인 난관에 부딪혔다. 밤낮없이 일일이 수동으로 먹이를 주다 보니 연구원들이 계속 연구실에 상주해야만 했다. 두 교수는 이 문제를 해결하기 위해 급식기(feeder)를 자체 제작했다. 개별 쥐마다 맞춤 일정대로 미리 프로그램해 둔 시간에 사료가 나오도록 하는 전용 급식기 500대를 제작했는데, 이렇게 급식기를 고안하고 테스트하는 데에만 거의 2년이 걸렸다.

기술적인 문제가 해결된 이후 연구진은 실험에 사용된 모든 쥐의 수명을 측정했고, 시간이 지남에 따라 각 쥐에서 어떤 유전자가 발현됐는지를 분석했다. 

연구 결과 칼로리 섭취는 제한했지만 생체 리듬을 고려하지 않고 24시간에 걸쳐 급식했던 실험군의 쥐들은 대조군에 비해 수명이 10%만 연장되었다. 

반면 칼로리 섭취 제한을 하면서 12시간 간격으로 밤에만 급식했던 쥐들은 대조군에 비해 수명이 35% 길어지는 결과를 나타냈다. 각 실험군에는 동일한 사료량과 동일한 칼로리를 사용했다. 

이번 연구의 저자이자 타카하시 연구소의 포스트닥터 연구원인 빅토리아 아코스타-로드리게즈(Victoria Acosta-Rodriguez)는 “언제 먹는지가 쥐의 수명에 큰 영향을 미칠 수 있다”라며 이는 전혀 예측하지 못한 결과라고 말했다. 클리블랜드 주립 대학(Cleveland State University)의 로만 콘드라토프(Roman Kondratov) 생물학 교수는 이번 연구가 수명 연장에 있어 단식의 역할에 대해 강력한 근거를 제공했다고 평했다. 

“단식이 칼로리 제한의 필수적인 요소라는 직접적인 근거를 최초로 제공한 연구라고 생각한다”라며, “칼로리 감소는 긍정적인 효과가 있으며, 일정 시간 동안의 단식이 동반된다면 그 효과는 더욱 커진다”고 덧붙였다.

이번 연구에서 가장 오래 산 그룹은 표준시간(standard time) 기준으로 저녁 6시부터 새벽 6시까지 급식했던 실험군이다. 

사람으로 치면 주로 깨어 있는 활동 시간대에 12시간 동안 제한된 칼로리를 섭취한 것과 같다.

그린 교수와 타카하시 교수의 이번 연구를 통해 우리가 ‘무엇’을, ‘언제’ 먹는지가 우리의 수명에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 어느 정도의 해답을 제공했다. 

연구원들은 이제 “왜?”라는 중요한 후속 질문(follow-up question)의 열쇠를 푸는데 관심을 보이고 있다. 

이번 연구에서 정확히 쥐의 어떤 생체 시계 조절(clock-regulating) 장치 혹은 유전자가 수명 연장에 관여했는지를 밝혀 내는 것이 이번 결과를 사람에게 적용하기 위한 필수 선결 과제가 될 것이다.

먹는 습관을 통해 수명 연장의 비밀을 풀 게 될 날이 멀지 않았다.