데이비드 싱클레어 '노화를 역전시킬 수 있나?'

 

오늘, 저는 한 연구 분야를 대표하여 이 자리에 섰습니다. 그것은 바로 노화학(Gerontology), 즉 장수 과학입니다. 어떤 사람들은 이를 '항노화'라고 부르지만, 과학자들은 그런 용어를 사용하지 않습니다.

지난 25년 동안의 발전은 혁명이라 할 수 있을 만큼 엄청난 것이었습니다. 다행히도 저는 하버드 의과대학에 몸담고 있습니다. 그렇지 않았다면 제가 지금부터 이야기할 내용을 믿기 어려우실지도 모르겠습니다.

저는 공개적으로 "150세까지 살 수 있는 첫 번째 사람이 이미 태어났다"고 말한 적이 있습니다. 벌써 5년 전의 일입니다. 그런데 지난 5년 동안, 제 생각을 바꾸는 이상한 일이 일어났습니다. 이제는 150세가 한계가 아닐 수도 있다고 생각하게 되었습니다. 모든 것이 가능해질지도 모릅니다. 이것은 단순히 지금 태어난 사람들에게만 해당되는 이야기가 아닙니다. 그들은 확실히 22세기까지 살아남을 것이고, 우리가 상상조차 못 할 기술을 접하게 될 것입니다. 심지어 10년 후만 해도 우리가 지금 상상할 수 없는 것들이 가능해질 것입니다. 그리고 저처럼 1960년대, 1970년대, 1980년대에 태어난 사람들, 심지어 지금 20대인 사람들조차도 곧 이야기할 연구 결과의 엄청난 혜택을 보게 될 것입니다.

이 이야기는 단순한 기술의 발전을 넘어서 저 개인적인 경험과도 관련이 있습니다. 저는 주로 할머니의 손에서 자랐습니다. 어머니도 도와주셨지만, 일을 하셔야 했기 때문에 주로 할머니가 저를 돌봐주셨습니다. 제 할머니는 헝가리에서 태어나 1950년대 어린 나이에 유럽을 떠났습니다. 2차 세계대전의 극심한 혼란 속에서 힘겨운 시절을 보냈고, 결국 호주로 도망쳐 정착하게 되었습니다. 그래서 저는 호주식 억양을 가지고 있습니다. 저는 20대 초반에 MIT로 유학을 왔습니다. 그러나 할머니의 삶을 지켜보면서 저는 인류가 20세기보다 더 나은 세상을 만들 수 있다고 믿게 되었습니다. 할머니는 저에게 "네 임무 중 하나는 인류가 더 나아질 수 있다는 것을 증명하는 것이다"라고 말씀하셨습니다. 그래서 저는 네 살 때부터 세상을 더 나은 곳으로 만들겠다는 목표를 품고 살아왔습니다.

제가 20대 후반, 대학에 다니던 시절 문득 이런 생각이 들었습니다. "모든 사람이 늙고, 노화는 세상의 90% 질병과 고통의 원인인데, 아무도 신경 쓰지 않는다. 의사에게 가면 그저 '그건 정상입니다. 나이 들면 아픈 법이죠.'라고 말할 뿐이다." 저는 이런 사고방식이 옳지 않다고 생각했습니다. 우리는 인간이 가능한 한 오래 살 수 있도록 하는 기술을 적용해야 합니다. 우리는 암과 심장병, 알츠하이머병과 싸웁니다. 그런데 왜 노화는 다르게 취급되어야 할까요? 저는 노화를 단순히 자연스럽고 흔한 현상이라는 이유로 질병이 아니라고 보는 것을 받아들일 수 없습니다. 제 세계관에서 노화는 하나의 질병입니다.

제 뒤에는 아버지의 사진이 보일 것입니다. 물론, 그는 저를 키운 할머니의 아들이었습니다. 하지만 제 할머니의 삶과 아버지의 삶은 완전히 달랐습니다. 제 할머니는 담배를 피우고, 술을 마시며, 노화 과정을 늦추기 위한 어떤 노력도 하지 않으셨습니다. 결국 그녀는 20세기를 살아간 수많은 사람들처럼 약해지고 치매를 앓으며 천천히 쇠약해졌습니다. 이 과정은 그녀에게도, 가족들에게도, 그리고 저희 모두에게도 고통스러웠습니다. 반면, 제 아버지는 이 연구 분야의 발전을 지켜보면서 올바른 선택을 하셨습니다. 그래서 82세가 된 지금, 그는 새로운 직업을 시작했고 활기찬 삶을 살고 있습니다. 앞으로 20년, 어쩌면 그 이상을 더 살 수 있기를 기대하고 있습니다. 저는 여러분도 그렇게 살기를 바랍니다. 우리가 사실에 집중하고 인터넷에 떠도는 99%의 잘못된 정보를 무시할 수 있다면, 우리 모두 그렇게 할 수 있습니다.

잘못된 정보에 대해 이야기하자면, 우리는 이제 새로운 노화 이론을 가지고 있습니다. 예전에는 항산화제가 노화를 막는 해답이라고 생각했습니다. 지금도 슈퍼마켓에서 그런 가짜 제품들을 쉽게 구입할 수 있습니다. 하지만 그것들은 효과가 없습니다. 항산화제는 생명체의 수명을 연장하는 데 실질적인 도움이 되지 않습니다. 곤충에게도 마찬가지입니다. 그 이유는 노화가 단순히 활성산소로 인한 손상 때문만은 아니기 때문입니다. 우리가 해야 할 일은 우리 몸이 가진 자연적인 노화 방어 체계를 활용하는 것입니다. 우리는 세 가지 주요 방어 체계를 가지고 있습니다.

첫 번째는 'MTOR'라고 불리며, 단식을 통해 활성화됩니다.

두 번째 방어 체계는 AMPK라고 불립니다. 이는 낮은 에너지 상태와 혈당 부족에 반응합니다. 건강을 위해 의식을 잃지 않는 한도 내에서 혈당 수치를 가능한 한 낮게 유지하는 것이 중요합니다.

저는 스트레스, 운동, 그리고 단식에 반응하는 '서투인(sirtuin)'이라는 유전자 그룹을 연구하고 있습니다. 이 유전자들과 그것이 생성하는 단백질들은 환경을 감지하는 역할을 합니다. 몸이 위협을 받고 생존이 어려운 상황이 되면, 이 유전자들이 더욱 활발하게 작용하여 우리 몸을 보호하고 건강을 유지하며, 노화된 상태에서도 장수를 가능하게 합니다. 그리고 서투인은 이러한 구조들을 조절하는 역할을 합니다(화면에 보이는 이미지 참고). 이 유전자들은 다양한 기능을 수행하지만, 저는 그것들이 우리를 오래 살게 하는 가장 중요한 역할이 '에피게놈(epigenome)'을 조절하는 것이라고 생각합니다.

만약 에피게놈이라는 개념이 생소하다면 이렇게 생각해보세요. 우리 몸에는 DNA가 있습니다. 저는 이를 파란 선으로 표현하고 싶습니다. DNA는 디지털 정보이며, A, T, C, G라는 네 개의 염기 서열로 이루어져 있습니다. 이 네 개의 조합은 우리가 흔히 아는 2진법이 아닌 4진법으로 저장된 정보입니다. 반면, 에피게놈은 디지털이 아닙니다. 아날로그 정보입니다. 나이가 좀 있는 분들이라면 아날로그 기기를 사용해 본 경험이 있을 겁니다. 예를 들어, 테이프 레코더, 레코드 플레이어, 혹은 LP 판을 떠올려 보세요. 시간이 지나면서 이 기기들은 마모되거나 긁히면서 정보 재생이 어려워지곤 했죠. 에피게놈도 마찬가지입니다. 에피게놈의 정보는 완벽하게 복제되지 않습니다.

그렇다면 에피게놈이란 무엇일까요? 이는 DNA를 구성하는 구조로, 특정 유전자가 어떤 세포에서 켜지고 꺼지는지를 결정하는 역할을 합니다. 예를 들어, A라는 유전자는 뇌 세포에서는 활성화되지만 간에서는 꺼집니다. 반면, B라는 유전자는 피부 세포에서는 꺼지고 신장에서는 활성화됩니다. 이러한 과정이 바로 에피게놈의 역할입니다.

이 모든 과정은 DNA의 3차원적인 접힘 구조와 깊은 관련이 있습니다. 그리고 우리 몸을 보호하는 서투인 유전자들은 '침묵 정보 조절자(Silent Information Regulator, SIRs)'라고 불립니다. 실제로 '서투인(sirtuin)'이라는 단어도 여기에서 유래한 것입니다. 1990년대, MIT의 레너드 P. 가란테(Leonard P. Guarente) 연구실에서는 효모에서 수명을 연장하는 첫 번째 유전자가 발견되었습니다. 그 유전자가 바로 서투인이었습니다.

저는 DNA를 CD의 디지털 정보에 비유하고 싶습니다. 연배가 있는 분들은 CD가 무엇인지 잘 아실 겁니다. 젊은 분들에게 설명하자면, CD는 과거에 약 20곡 정도의 음악을 저장할 수 있는 디지털 저장매체였습니다. 우리 몸의 유전체(genome)는 이러한 디지털 정보와 같습니다. 그리고 에피게놈은 그 CD를 읽어내는 플레이어와 같습니다. CD의 같은 정보를 재생하더라도, 세포의 종류에 따라 다른 음악을 재생하는 것입니다. 하지만 나이가 들면 음악이 끊기거나 잘못된 트랙을 재생하는 일이 발생합니다. 마치 CD에 흠집이 생겨 음악이 튀는 것처럼 말이죠.

노화의 본질은 결국 이러한 CD의 긁힘과 유사합니다. 시간이 흐르면서 세포들이 올바른 유전자를 읽지 못하고, 필요한 유전자를 건너뛰거나 잘못된 정보를 해석하게 됩니다. 결국, 세포는 질병에 저항하는 능력을 잃어버리고 기능을 상실하게 됩니다. 우리가 치매, 심장병, 암과 같은 질병을 겪으며 점점 쇠약해지는 이유가 바로 여기에 있습니다. 이것이 바로 노화입니다. 저는 이러한 이론을 '정보학적 노화 이론(Informatics Theory of Aging)'이라고 부릅니다.

이를 검증하는 방법은 간단합니다. 만약 에피게놈의 변화가 노화에 기여한다면, 우리는 이러한 변화를 되돌릴 수 있을까요? 다시 말해, CD를 원래 상태로 되돌려서 젊음을 되찾을 수 있을까요?

여기서 매우 중요한 개념을 하나 짚고 넘어가겠습니다. DNA를 감싸고 있는 단백질뿐만 아니라, DNA 자체의 변형도 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 메틸기(methyl group)라는 화학적 구조가 있습니다. 메틸기는 탄소 원자 하나에 수소 원자 세 개가 결합한 단순한 구조를 가지고 있습니다. 태아가 발달하는 과정에서 세포들은 이러한 메틸기를 추가하게 됩니다.

예를 들어, 어떤 세포가 줄기세포에서 분화하여 뇌의 뉴런이 된다면, 그것은 80년, 90년, 심지어 100년 동안 기능할 것입니다. 반면, 또 다른 세포는 피부 세포로 분화될 수도 있습니다. 이러한 메틸 마커(methyl marks)는 약 26조 개의 세포가 각각 다른 기능을 수행하도록 결정짓는 중요한 요소입니다.

우리 몸의 수많은 세포들은 동일한 DNA 코드를 가지고 있지만, 각기 다른 방식으로 기능합니다. 2013년, 스티브 호바스(Steve Horvath)와 그의 연구팀은 DNA의 메틸화 마커가 시간이 지나면서 변화하는 것을 분석하여 사람의 생물학적 나이를 측정할 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 이 메틸화 마커는 DNA의 A, T, G 염기가 아니라 C 염기에 부착됩니다.

이 연구가 흥미로운 이유는, 우리가 모두 같은 방식으로 나이를 먹는다는 점입니다. 수정에서 출생까지는 매우 빠르게 진행되다가, 이후에는 점진적으로 느려지고, 성인기 이후로는 일정한 속도로 노화가 진행됩니다. 이 노화 과정은 측정이 가능하며, 혈액이나 피부 등 신체 어디에서든 조직을 채취해 DNA 시퀀서를 통해 메틸화를 분석하면 됩니다. 그렇게 하면 수만 개의 메틸화 마커를 확인할 수 있고, 이를 기계 학습 알고리즘에 적용하면 우리의 '진짜 나이'를 알아낼 수 있습니다.

말하자면, 우리의 실제 나이는 생일과는 별개입니다. 결국, 생일이란 단순히 지구가 태양 주위를 몇 번 공전했는지를 나타내는 숫자일 뿐입니다. 중요한 것은 우리의 진정한 나이를 결정하는 것이 바로 에피게놈의 변화라는 점입니다. 그렇다면, 만약 우리가 에피게놈을 조작하면 어떻게 될까요? 다시 말해, 만약 제 노화 이론이 맞다면, 그 결과는 어떨까요?

제 실험실에서 연구한 이 쥐가 바로 대조군입니다. 우리는 이 쥐의 'CD'에 흠집을 내지 않았지만, 다른 방식으로 조정을 했습니다. 그리고 같은 날 태어난 쌍둥이 쥐를 하나 더 두고, 3주 동안 그 CD에 인위적으로 흠집을 내는 실험을 진행했습니다. 즉, 에피게놈을 교란시켜 세포들이 본래의 정체성을 잃게 만든 것입니다.

당시 이 쥐는 아무것도 느끼지 못했습니다. 엑스레이를 찍을 때 아무런 감각이 없는 것과 마찬가지였죠. 하지만 10개월 후, 이 쥐는 훨씬 더 늙어 있었습니다. 겉모습도 늙어 보였을 뿐만 아니라, 유전적으로 동일한 쌍둥이 쥐보다 50% 더 늙어 있었습니다. 둘 다 동일한 시기에 태어난 쌍둥이였지만, 하나는 늙었고 다른 하나는 젊은 상태였습니다.

즉, 우리는 원하는 속도로 노화를 가속할 수 있다는 것입니다. 그렇다면 반대로, 이를 되돌릴 수도 있을까요? 제 가설이 맞다면, 답은 '그렇다'입니다. 우선, 아주 간단한 방법으로 노화를 되돌릴 수 있다는 것을 보여드리겠습니다.

우리는 서투인(sirtuin) 유전자가 노화를 막아줄 뿐만 아니라, 노화를 되돌릴 수도 있다는 사실을 발견했습니다. 서투인을 활성화하고, 식물에서 발견되는 특정 분자들을 공급하면 노화 속도를 늦출 수 있습니다. 식물들은 생존을 위해 노화를 조절하는 물질을 생성하는데, 우리는 이를 '페로몬'이라 부릅니다. 현재 이러한 원리를 이용한 신약들이 개발 중이며, 앞으로 더 많은 연구가 진행될 예정입니다.

특히, 우리가 주목하는 약물군 중 하나는 NAD 강화제(NAD enhancers)입니다. NAD는 서투인의 연료 역할을 하며, 레스베라트롤(resveratrol)은 그 가속제 역할을 합니다.

이제 실험 결과를 보여드리겠습니다. 우리는 쥐들에게 이러한 연료를 투여했습니다. 그중 한 마리는 'NMN(니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드)'라는 서투인 활성화 분자를 꾸준히 섭취했습니다. 자, 이제 어느 쥐가 더 젊어졌는지 맞혀보세요. 실험에 사용된 쥐들은 거의 2년이나 된 노령 쥐들이었습니다. 그리고 단 한 마리만이 NMN을 물에 타서 먹었습니다.

혹시 오른쪽 쥐라고 생각하셨나요? (웃음) 아닙니다. 당연히 왼쪽에 있는 쥐입니다.

2018년, 우리는 'Cell' 저널에 발표한 연구에서 서투인이 쥐의 심혈관계를 회복시킬 수 있음을 증명했습니다. 더 중요한 것은, 만약 이 유전자를 제거하면 그 효과가 사라진다는 것입니다. 즉, 서투인이 실제로 노화를 조절하는 핵심 요소라는 것입니다.

하지만 2018년 연구는 시작에 불과했습니다. 오늘날 기술은 당시와 비교할 수 없을 정도로 발전했습니다. 이제 우리는 동물의 전체적인 나이를 되돌릴 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다. 그리고 언젠가 우리 인간의 나이도 되돌릴 수 있을 것입니다. 그렇다면 어떻게 이것이 가능할까요?

우리는 과학의 거인들 덕분에 여기까지 오게 되었습니다. 그중 한 명이 바로 신야 야마나카(Shinya Yamanaka) 교수입니다. 그는 2016년 노벨상을 수상했으며, 특정 배아 유전자를 이용해 성체 피부 세포를 줄기세포로 되돌릴 수 있음을 밝혀냈습니다. 이제는 고등학생조차도 실험실에서 이 기술을 사용할 수 있을 정도로 발전했습니다. 야마나카 유전자 6개를 주입하면 가능합니다.

그리고 우리는 최근 연구에서 OSK 유전자(Oct4, Sox2, Klf4)라는 3개의 특정 유전자만 삽입하면, 세포를 줄기세포나 종양으로 변환시키지 않고도 노화를 되돌릴 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 2020년 12월 'Nature' 저널 표지 논문으로 발표되었습니다. 해당 연구 결과가 발표된 학술지의 표지 제목은 "시간을 되돌리다(Reversing Time)"였습니다. 이제, 그 논문에서 소개된 실험 중 하나를 보여드리겠습니다.

우리는 세 가지 실험을 진행했습니다. 첫 번째는 쥐의 시신경을 손상시키는 것이었습니다. 위쪽 이미지에서 볼 수 있듯이, 눌린 신경은 점차 죽어가고 있으며, 주황색 염색 부분이 왼쪽 뇌까지 확장되어야 하는데 그렇지 못하고 있습니다. 우리는 재프로그래밍된 눈에 세 가지 유전자를 주입하고 3주 동안 활성화했습니다. 그 결과, 손상된 뉴런이 다시 자라기 시작했습니다. 그 뉴런들의 변화를 측정해 본 결과, 실제 나이가 3주 전보다 절반 정도로 젊어졌다는 사실을 발견했습니다. 여러분도 아시다시피, 젊은 신경세포는 재생되지만, 성인의 신경세포는 그렇지 않습니다. 하지만 우리의 실험은 성인 신경세포도 재생될 수 있음을 보여준 첫 번째 사례였습니다. 뿐만 아니라, 에피게놈에서 나타나는 변화도 확인할 수 있었습니다. CD에 생긴 흠집과 같았던 에피게놈의 손상도 사라졌습니다.

우리는 인간 조직을 실험실에서 배양할 수도 있습니다. 아직 인간의 몸속에서 직접 적용한 것은 아니지만, 실험용 배양접시에서 가능했습니다. 우리는 인간의 만능줄기세포(pluripotent stem cells)를 이용해 '미니 브레인(mini brains)'을 만들었습니다. 화면 왼쪽을 보면, 이 작은 장기유사체(organoid)들이 실제 인간의 뇌와 매우 유사한 구조를 가지며, 전기적 활동까지 보이고 있습니다. 오른쪽에는 우리가 뇌에 전극을 부착하여 활동을 측정하는 장치가 보입니다. 우리는 이 작은 뇌들이 꿈을 꾸고, 사고하며, 나이가 들 수 있다고 생각합니다. 그리고 이들의 에피게놈을 인위적으로 손상시키고 다시 되돌릴 수도 있습니다. 연구를 통해 우리는 이 미니 브레인의 나이를 되돌리면 다시 사고하는 능력을 되찾고, 전기적 활동이 회복된다는 사실을 증명했습니다.

언젠가 인간의 뇌에서도 같은 방식으로 나이를 되돌릴 수 있다면, 기억을 되살릴 수도 있을까요? 가능성이 있습니다. 이미 우리는 늙은 쥐의 뇌를 젊게 되돌리는 실험을 진행했고, 그 결과 뇌의 기능이 절반 정도 젊어진 상태로 회복되었습니다. 다시 학습하는 능력도 되찾았습니다. 여러분은 이렇게 생각할 수도 있습니다. "이게 다 좋은 이야기지만, 실제로 인간에게 적용되려면 얼마나 걸릴까?"

저는 지금이 인류 역사에서 결정적인 전환점이 될 시기라고 생각합니다. 인류가 하늘을 날게 되었던 순간, 실리콘 밸리가 탄생한 순간, 에너지를 자유롭게 활용하게 된 순간, 암호화 기술이 발전한 순간처럼, 지금 우리가 맞이한 이 변화는 그에 버금가는 혁신입니다. 22세기는 '생물학의 시대'가 될 것입니다.

우리는 우리의 나이와 노화 속도를 조절할 수 있는 능력을 갖추게 될 것이며, 이는 단순히 몸과 심장의 노화만이 아니라, 뇌의 노화까지도 늦출 수 있는 기술로 이어질 것입니다. 현재 개발 중인 노화 역전 기술들이 곧 등장하면서, 우리의 삶의 방식은 지금으로서는 상상도 할 수 없는 방식으로 변화하게 될 것입니다.

그렉 페이(Greg Fay)와 그의 연구팀이 발표한 연구에 따르면, 우리는 생물학적 나이를 몇 년씩 되돌리는 것이 가능하다는 것이 증명되었습니다. 그렇다면, 매년 한 살씩 젊어지게 만들 수도 있지 않을까요? 매년 생물학적 나이를 1년씩 되돌린다면 어떻게 될까요? 그것이 실현되는 세상은 정말 놀라운 세상이 될 것입니다. 그리고 우리는 반드시 그 세계를 직접 목격해야 합니다. 우리가 모두 올바른 방향으로 나아간다면, 이 기술이 현실이 되는 순간을 직접 보게 될 것입니다.

오늘 제 이야기를 들어주셔서 정말 감사합니다. 👏👏👏👏👏