Aging clocks aim to predict how long you’ll live

기대 수명 예측에 도전하는 노화 시계

‘노화 시계(aging clock)’는 인간의 생물학적 나이를 가늠할 수 있다고 알려져 있다. 과학자들은 이를 이용해 항노화 약물 연구를 하기도 한다. 하지만 노화 시계의 정확성에 대해서는 논란이 있다.

‘나이’라는 것은 단순히 살아온 햇수 그 이상의 의미가 있다. 스트레스, 수면, 식단 등은 매일의 삶에서 우리 몸이 조금씩 손상되는 과정에 영향을 주는 요소다. 이 요소들은 한날한시에 태어났더라도 사람들의 노화를 가속하거나 지연하는 등의 차이를 만들 수 있다. 태어나서 지금까지 살아온 ‘실제 나이(chronological age)’와 ‘생물학적 나이(biological age)’는 다를 수 있다는 뜻이다.

생물학적 나이는 실제 나이보다 신체 건강이나 여명(餘命)을 잘 반영하는 것으로 나타났다. 하지만 이를 계산하기는 쉽지 않다. 과학자들은 최근 10년 간 체내에 존재하는 여러 가지 인자들을 측정하여 생물학적 나이를 정확하게 측정할 수 있는 ‘노화 시계(aging clock)’라는 도구를 발명해왔다.

노화 시계는 기본적으로 신체 장기가 얼마나 손상되었는지 평가하려는 의도에서 만들어졌다. 이를 통해 사람들은 앞으로 건강하게 살아갈 날이 얼마나 될지 예측한다. 하지만 지난 10년 간 수백 가지 종류의 노화 시계가 개발되었음에도 이들의 정확도는 저마다 다르다. 여전히 과학자들은 근본적인 질문에 매달려 있다. ‘과연 생물학적으로 젊다는 것은 무엇인가?’

대부분의 노화 시계는 사람의 생물학적 나이를 예측하기 위해 후성유전학적 표지(epigenetic markers)의 패턴을 이용한다. 그중에서도 DNA에 붙어 있는 메틸기(methyl group)를 흔히 이용하는데, 이 메틸기는 유전자가 발현되는 방식에 영향을 끼친다. 메틸화 패턴은 DNA 내 수천 곳에 존재하며, 신체가 나이 듦에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다. 그 이유는 아직 밝혀지지 않았지만 말이다.

어떤 노화 시계의 경우에는 신체가 나이 든 정도를 추정하여 한 사람의 수명을 예측한다. 이밖에 노화의 속도를 추적하는 속도계 방식의 노화 시계도 있다. 지금껏 노화 시계들은 특정 신체 장기와 여러 동물 종을 대상으로 개발되었다.

노화 시계를 타당성을 인정하는 사람들은 항노화 처치를 통해 신체가 생물학적으로 젊어질 수 있다는 것을 벌써부터 보여주려고 한다. 하지만 우리는 노화 시계가 무엇인지, 이것으로 무엇을 알 수 있는지에 대해 아직 충분히 알지 못하므로, 이러한 주장을 하는 데에는 무리가 있다. 

시간 추적하기

첫 번째 후성유전학적 노화 시계는 2011년에 미국 UCLA(University of California, Los Angeles)의 스티브 호바스(Steve Horvath)에 의해 개발되었다. 그는 그의 일란성 쌍둥이인 마커스(Markus)와 함께 한 연구에 피험자로 자원했다. 이 연구에서는 타액 표본에서 얻은 후성유전학적 표지로부터 인간의 성적 지향성을 설명해 줄 수 있는 원인을 찾고자 했다. (스티브는 이성애자, 마커스는 동성애자다.)

생물통계학자인 호바스는 연구 결과를 분석해 보았지만, 후성유전학적 표지와 성적 지향성 간에는 아무런 연관성도 발견하지 못했다. 하지만 그는 피험자들의 연령과 후성유전학적 표지 사이에서 특정 연관성을 찾아냈다. 그는 “매우 놀라웠다. 노화와 관련하여 엄청난 결과가 관찰됐기 때문”이라고 말했다.

그는 메틸화 패턴으로 사람의 나이를 예측할 수 있다는 사실을 발견했다. 비록 이 예측에서는 실제 나이와 평균적으로 5년 정도 차이가 나타났지만 말이다.

호바스는 그때부터 노화 시계를 연구해왔다. 그리고 2013년, 그는 본인의 이름을 따 ‘호바스 시계(Horvath clock)’라는 것을 개발했다. 이는 현재까지도 가장 유명한 노화 시계이다. 그는 이를 ‘신체 조직 전반의(pan-tissue)’ 시계라고 부르는데, 왜냐하면 이 시계가 신체 내 장기 대부분의 나이를 꽤 잘 예측하기 때문이다. 호바스는 실험 참가자 51명의 신체 조직 및 세포 표본 8,000개로부터 메틸화 데이터를 얻어, 이를 이용해 노화 시계를 만들었다. 그는 사람의 세포 표본에서 추출한 메틸화 데이터를 기반으로 알고리즘이 실제 나이를 예측하도록 학습시켰다.

그동안 다른 연구진들도 비슷한 방식으로 시계를 개발하여, 오늘날에는 수백 종의 노화 시계가 존재한다. 하지만 그중 인체 연구에 널리 쓰이는 것은 10개 미만뿐이라고 호바스는 추정한다. 이들은 주로 식단, 생활 습관, 영양제가 노화에 어떠한 영향을 미치는지 평가하기 위한 연구에 쓰인다.

나이 측정하기

이 시계로 무엇을 알 수 있을까? 그 답은 경우에 따라 다르다. 대부분의 시계들은 실제 나이를 예측하기 위해 설계되었다. 하지만 코네티컷 뉴헤이븐의 예일 의과대학(Yale School of Medicine) 모건 리바인(Morgan Levine) 교수는 이렇게 말했다. “내 목표는 다르다. 사실 실제 나이는 직접 물어보면 그만인 정보다.”

그들은 미국에서 진행된 한 연구의 데이터를 이용하였는데, 여기에는 수천 명의 미국인들을 여러 해에 걸쳐 추적 관찰한 자료가 포함되어 있었다. 이를 바탕으로 그들이 최종적으로 내놓은 시계는 ‘DNA메틸 표현령(DNAm PhenoAge)’이라고 불리는데, 리바인은 이 시계가 오로지 실제 나이에 기반해서만 추정하는 것보다 생물학적 나이를 더 잘 측정한다고 말했다.

이 시계에 의하면 리바인이 ‘표현형(phenotypic)‘ 나이라고 부르는 것이 한 살 늘어날 때마다 암, 당뇨, 심장병으로 사망할 위험이 증가하여, 결국 모든 원인에 의한 사망률이 9% 증가하게 된다. 리바인에 따르면 만일 실제 나이보다 생물학적 나이가 더 많을 경우 신체 노화가 빠르게 진행되고 있는 것으로 추정할 수 있다.

하지만 여기에 의문을 제기하는 사람도 있다. 뉴욕 컬럼비아 대학교 공중보건대학(Columbia University Mailman School of Public Health)의 대니얼 벨스키(Daniel Belsky)는 생물학적 나이가 실제 나이보다 많게 나타날 수많은 원인이 있다고 생각한다.

벨스키 연구진은 생물학적 노화 속도를 더욱 정확하게 측정하는 도구를 개발했다. 그들은 20대 중반에서 40대 중반 사이 네 가지 연령대로 구성된 954명의 참가자의 건강 검사 결과를 추적하여 연구했다. 연구진은 일반적인 건강과 관련된 생체 표지와 신체 장기가 기능을 평가하는 생체 표지를 살폈다. 그리고 이러한 수치가 시간이 경과함에 따라 얼마나 달라지는지 예측하는 후성유전학적 ‘속도계’를 개발했다.

이밖에 호바스와 동료들이 개발한 또 다른 시계도 주목받고 있다. 저승사자(Grim Reaper)에서 이름을 딴 ‘그림에이지(GrimAge)’라는 것이다. 호바스는 이 노화 시계가 인간의 사망률을 예측하는 데 가장 탁월하다고 주장하면서, 자기 혈액 표본에 이 시계를 적용해왔다.

호바스에 의하면 2년 전 이 시계를 적용했을 때는 그 결과가 실제 나이와 일치했던 반면, 6개월 전쯤 다시 해 봤을 때는 그림에이지가 실제 나이보다 4살 더 많게 나왔다. 하지만 이것이 그의 수명이 4년 단축되었다는 것을 의미하지는 않는다. 그는 “이 결과를 앞으로의 기대 여명과 직접적으로 연결시킬 수는 없다”면서, 이것이 그의 노화가 빨리 진행되고 있다는 것을 의미한다고 생각한다. 아직 그 이유는 찾지 못하고 있다.

부정확한 노화 시계들

일부 연구진은 영양제 복용 전후를 비교했을 때 노화 속도가 느려졌다는 결과를 얻기 위해 노화 시계를 이용해왔다. 그러나 많은 경우 이러한 차이는 실제 유의미한 개선이 아닌, 후성유전학적 노화 시계의 ‘잡음’에 불과한 현상일 뿐이라고 비판하는 목소리가 있다. 이 주장을 지지하는 사람들은 무작위적으로 나타난 오류가 결과를 왜곡할 수 있다고 말한다.

문제는 메틸기가 DNA에 달라붙는 신체 각 부위에서, 시간이 지나도 아주 작은 변화만이 일어난다는 것이다. 이 변화가 너무 미묘한 탓에 메틸화 추정치의 작은 오류에도 결과는 크게 영향받게 된다. 리바인은 이 점이 결국 가장 큰 문제라며, 결과적으로 수십 년 정도까지의 오차가 발생할 수 있다고 말한다.

이 문제의 답을 찾기 위해, 연구진들은 기존의 시계를 ‘분해’하여 비교하고 있다. 그들은 서로 다른 시계가 무엇을 측정하고 있는지 알아내어, 앞으로 정확한 노화 시계를 찾고자 한다.

리바인과 동료들은 이런 잡음을 없애기 위해 노력해왔다. 동시에 그녀는 노화 시계가 실제로 의미하는 바를 이해하기 위해 노력하고 있다. 생물학적 연령이 어리다는 것은 진정 무엇을 뜻할까? 그리고 이 지식을 어떻게 활용할 수 있을까?

노화 시계는 신체의 전반적인 건강을 보여주는 좋은 지표로 사용할 수 있지만, 대부분의 경우에서 여기에만 의존하기에는 정확성이 떨어진다. 리바인은 “나는 노화 시계의 잠재력이 아직 완전히 밝혀지지 않았다고 생각한다”고 말했다.

호바스는 건강 검진에서 노화 시계를 활용할 수도 있을 것이라고 생각한다. 혈압, 콜레스테롤과 더불어 노화 시계를 사용하여 사람들이 얼마나 건강한지, 질병의 발생 가능성은 얼마일지 예측할 수 있다.

그는 “후성유전학 시계는 다른 임상의학적 표지를 대체하지 못하지만, 그것을 보완하는 데 사용될 수는 있다”면서 “5년 후에는 임상적으로 사용할 수 있을 정도로 의미 있는 혈액 표본 기반의 시계가 개발될 것이라고 생각한다”고 밝혔다.

한편 건강한 식단, 금연, 충분한 운동은 노화를 늦추기 위한 가장 좋은 방법으로 늘 꼽히는 것들이다. 이러한 전략들이 우리 몸에 도움이 된다는 것을 증명하기 위해서 새로운 노화 시계를 개발할 필요는 없다.

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