과거 수명이 짧았을 때는 더 오래 사는 것에 목적을 두었습니다. 저의 경험에 비춰보자면 주변에 노환으로 인해 오랫동안 병원 신세를 지시는 분들이 상당히 많습니다. 그 모습을 보며 과연 오래 사는 것이 정답인가에 대해 의문을 가지게 됩니다. 이제는 단순히 수명을 연장하는 것보다, 건강하게 사는 건강 수명을 늘리는 것이 중요한 시대가 되었습니다.
그런 의미에서 '스페르미딘'은 수명 연장 및 건강 증진과 관련된 플리아민으로 주목 받고 있습니다. 또한 오토파지(자가 포식)을 활성화 시켜 손상된 세포를 분해하고 재활용하는데 필수적인 능력을 증강시키는 것으로 알려져 있습니다. 이번 글에서는 스페르미딘이 건강에 끼치는 영향에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
스페르미딘 생명에 필수적인 폴리아민
1. 스페르미딘은 무엇인가?
스페르미딘(C7H19N3)은 푸트레신(putrescine), 스페르민(spermine)과 함께 자연적으로 발생하는 폴리아민입니다. 이 화합물은 세포 성장, 증식, 분화, DNA/RNA 안정화, 단백질 합성(특히 번역 인자 eIF5A의 히푸신화), 이온 채널 활성 조절, 스트레스 저항성 및 세포 사멸 조절 등 다양한 기본적인 생물학적 과정에서 필수적인 역할을 수행합니다. 특히 세포 항상성 유지에 중요한 기여를 하는 것으로 알려져 있습니다. 스페르미딘은 1678년 인간 정액에서 처음 발견되어 그 이름이 유래되었으나, 현재는 모든 진핵 세포 생존에 필수적인 분자로 인식되고 있습니다.
2. 나이가 들면서 감소하는 스페르미딘
인체의 폴리아민은 세 가지 주요 공급원에 의해 유지됩니다.
첫째는 체내 생합성, 둘째는 식이 섭취를 통한 외인성 공급, 셋째는 장내 미생물에 의한 생산입니다. 이 중에서 식이 섭취가 상당 부분을 차지하는 것으로 알려져 있습니다. 스페르미딘은 모든 살아있는 조직에 존재하며, 특히 간, 신장, 비장, 췌장 및 뇌와 같은 특정 기관에 고농도로 분포합니다.
인간에서 조직 및 세포 내 스페르미딘 농도는 나이가 들면서 현저하게 감소하는 것으로 일관되게 보고되었습니다. 이는 건강한 백세인들이 젊은 사람들과 유사한 높은 스페르미딘 수치를 유지하는 것과 대조적입니다. 폴리아민은 DNA/RNA 안정성 및 단백질 합성과 같은 핵심 세포 과정에 관여하며, 생존에 필수적입니다.
이처럼 필수적인 분자의 농도가 노화에 따라 자연적으로 감소한다는 사실은 세포 건강과 노화에 기능적으로 중요한 영향을 미칠 가능성이 매우 높음을 시사합니다. 스페르미딘 수치가 합성, 식이 섭취, 장내 미생물 생산, 이화작용, 배설 등 여러 요인에 의해 결정된다는 점은 그 조절이 복잡하며, 노화 관련 감소가 이러한 요인 중 하나 이상에 의해 발생할 수 있음을 의미합니다.
오토파지 세포 청소 및 품질 관리 시스템
1. 오토파지 과정
오토파지("스스로 먹다"라는 의미, 자가포식)는 세포 내 구성 요소를 리소좀(lysosome)으로 전달하여 분해하고 재활용하는 보존된 이화 과정입니다. 오토파지는 다음과 같은 단계로 진행됩니다.
먼저 세포질 내에서 파고포어라는 특수한 막 구조가 형성되고 확장되어 제거할 세포 내 물질(손상된 소기관, 단백질 응집체 등)을 감싸 이중 막 구조의 오토파고솜을 형성합니다. 이후 오토파고솜은 리소좀과 융합하여 오토리소좀을 만들고, 그 내용물은 리소좀 내 효소에 의해 분해됩니다.
오토파지는 세포의 영양 및 에너지 상태에 따라 정교하게 조절됩니다. 주요 조절 경로는 mTORC1(mechanistic target of rapamycin complex 1)과 AMPK(AMP-activated protein kinase)입니다. 영양분이 풍부할 때는 mTORC1이 활성화되어 오토파지를 억제하고, 에너지 수준이 낮을 때는 AMPK가 활성화되어 오토파지를 촉진합니다. 오토파지는 비선택적으로 세포질 전체를 분해할 수도 있지만(예: 기아 상태), 특정 표적을 선택적으로 제거하기도 합니다. 예를 들어, 미토파지(mitophagy)는 손상된 미토콘드리아를, 어그레파지(aggrephagy)는 단백질 응집체를 p62/SQSTM1과 같은 수용체를 통해 선택적으로 제거합니다.
2. 세포 항상성 및 단백질 항상성 유지의 중요성
오토파지는 세포가 스트레스 조건(영양 결핍, 산화 스트레스, 감염 등)에 적응하고 항상성을 유지하는 데 결정적인 역할을 합니다. 특히, 세포 내 품질 관리 시스템으로서 손상되거나 잘못 접힌 단백질, 단백질 응집체, 기능이 저하된 세포 소기관(예: 미토콘드리아) 등을 제거하는 데 필수적입니다. 이는 단백질 항상성(proteostasis), 즉 세포 내 단백질의 기능적 상태를 유지하는 데 직접적으로 기여합니다. 또한, 기아 상태에서는 세포 구성 요소를 분해하여 아미노산, 지방산 등 기본적인 생체 분자를 생성하고 에너지원으로 재활용함으로써 세포 생존을 돕습니다.
3. 노화 과정에서의 오토파지 감소
다양한 생물 종과 조직에서 오토파지 활성과 효율은 나이가 들면서 감소하는 것으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 오토파지 기능 저하는 노화의 특징인 세포 내 손상의 축적과 직접적으로 연관됩니다. 더 나아가, 기능이 저하된 오토파지 자체가 노화 과정을 촉진하고 신경퇴행성 질환, 암, 대사 질환 등 다양한 노화 관련 질병의 발병 및 진행에 기여하는 중요한 요인으로 간주됩니다.
오토파지는 평상시 세포를 유지 관리하는 '기본 청소' 기능과 스트레스 상황에서 활성화되는 '대응 청소' 기능을 모두 수행합니다. 노화에 따른 오토파지 감소는 이 두 가지 측면 모두에 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 즉, 노화된 세포는 일상적인 정리가 제대로 이루어지지 않아 점진적으로 손상이 축적될 뿐만 아니라, 급성 스트레스에 대응하여 청소 능력을 강화하는 능력도 저하되어 외부 자극에 더욱 취약해질 수 있습니다. 이는 노화 관련 전반적인 취약성 증가에 기여할 수 있습니다.
오토파지 감소가 단백질 항상성 상실, 미토콘드리아 기능 장애, 세포 노화, 염증 등 여러 노화의 특징(hallmarks of aging)과 연결된다는 점은 오토파지가 노화의 중심 역할을 할 수 있음을 보여줍니다. 따라서 오토파지를 강화하는 중재(예: 스페르미딘 투여)는 단순히 한 가지 문제를 해결하는 것을 넘어 노화 과정의 여러 측면에 동시에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가집니다.
스페르미딘의 오토파지 활성화
스페르미딘 보충이 효모, 선충(C. elegans), 초파리(Drosophila), 생쥐(간, 심장, 근육 등 여러 기관), 그리고 배양된 인간 세포 등 다양한 모델 시스템에서 일관되게 오토파지를 유도한다는 연구 결과가 있습니다. 더욱 중요한 것은, 스페르미딘의 유익한 효과(예: 수명 연장, 심장 보호)가 오토파지가 유전적으로 억제되었을 때(예: Atg 유전자 녹아웃 또는 녹다운) 종종 사라진다는 점입니다. 이는 스페르미딘의 작용이 오토파지에 의존하며 인과 관계가 있음을 보여줍니다.
스페르미딘이 오토파지를 유도하는 방식은 다음과 같습니다.
EP300 억제: 스페르미딘이 아세틸전이효소인 EP300(p300이라고도 함)의 활성을 억제하는 것입니다. EP300은 일반적으로 주요 오토파지 관련 단백질들을 아세틸화하여 그 기능을 억제하는 역할을 합니다. 결과적으로 오토파지를 활성화시킵니다.
Atg 유전자 조절: 스페르미딘은 Atg5, Atg7, Atg11, Atg15와 같은 여러 오토파지 관련 유전자(Atg)의 발현을 증가시킵니다.
TFEB/eIF5A 경로: 스페르미딘은 eIF5A(eukaryotic translation initiation factor 5A)의 발현 및 활성(특히 히푸신화된 형태)을 유도합니다. 스페르미딘은 eIF5A의 히푸신(hypusine) 변형에 필수적인 전구체입니다. 히푸신화된 eIF5A는 특정 mRNA의 효율적인작용에에 필요한데, 여기에는 TFEB(Transcription Factor EB)의 mRNA가 포함됩니다. TFEB는 리소좀 생합성과 오토파지 관련 유전자 발현을 조절하는 핵심 전사 인자입니다.
스페르미딘이 EP300 억제, Atg 유전자 발현 증가, TFEB 활성화 등 여러 기전을 통해 오토파지를 유도한다는 사실은 오토파지 활성화에 강력한 역할을 한다는 것을 보여줍니다.
오토파지의 노화 방지 효과
노화는 손상된 세포 구성 요소(단백질, 소기관 등)의 축적을 동반하는데, 오토파지는 이러한 "세포 쓰레기"를 효율적으로 제거함으로써 노화 과정에 효과적으로 대응합니다. 구체적으로는 잘못 접히거나 응집된 단백질을 제거하여 단백질 항상성을 유지하고, 손상된 미토콘드리아와 같은 기능 장애 소기관을 미토파지를 통해 제거합니다.
이러한 세포 내 정화 작용은 세포의 재생을 촉진하고, 세포 기능을 유지하며, 스트레스 저항성을 향상시키고, 축적된 손상으로 인한 독성 효과를 예방하는 데 기여합니다. 오토파지는 단백질 응집체 축적과 관련된 신경퇴행성 질환, 미토콘드리아 기능 장애와 관련된 심혈관 질환, 그리고 유전체 불안정성이나 손상된 세포 제거 실패와 관련된 암과 같은 노화 관련 병리의 예방 또는 지연과 관련이 있습니다.
오토파지의 강화는 단순히 기존의 손상을 제거하는 데 그치지 않습니다. 분해된 구성 요소를 재활용하여 세포 수리 및 재생에 필요한 자원을 제공함으로써 수동적인 청소가 아닌 능동적인 세포 회춘에 기여합니다. 이는 마치 낡은 부품을 재활용하여 새로운 기계를 만드는 것과 같습니다.
특히 미토파지는 노화 방지 효과의 핵심입니다. 이는 단순히 세포 내용물을 무작위로 분해하는 것이 아니라, 노화의 주요 원인인 활성산소종(ROS)을 대량 생산하는 손상된 미토콘드리아와 같이 가장 기능이 저하된 구성 요소를 표적하여 제거하기 때문입니다. 스페르미딘이 미토파지를 유도한다는 사실은 스페르미딘에 의한 오토파지가 산화 스트레스를 줄이고 에너지 항상성을 개선하여 노화 방지 효과를 나타내는 중요한 요소임을 알수 있습니다.
스페르미딘의 다양한 노화 방지 작용
항염증 특성: 스페르미딘은 염증성 사이토카인과 염증을 억제하는 것으로 나타났습니다. 만성 염증이 노화의 주요 특징 중 하나라는 점을 고려할 때, 이는 매우 중요한 작용입니다.
항산화 기능: 스페르미딘은 산화 스트레스로부터 세포를 보호하고, 활성산소종(ROS) 축적을 줄이며, 항산화 방어 체계를 강화하는 것으로 보입니다. 또한 DNA를 산화적 손상으로부터 보호하는 기능도 있습니다.
미토콘드리아 기능: 스페르미딘은 미토콘드리아의 대사 기능, 호흡, ATP 생산, 미토콘드리아 막 전위를 향상시키고 미토콘드리아 ROS를 감소시키는 것으로 나타났습니다. 미토콘드리아 기능 장애가 노화의 중심적인 역할을 한다는 점에서 이는 매우 중요합니다.
히스톤 변형/후성유전학: 스페르미딘은 히스톤 아세틸전이효소(HAT)를 억제하여 히스톤 H3의 저아세틸화를 유도합니다. 이러한 후성유전학적 조절은 노화 및 수명과 관련된 유전자 발현을 변화시킬 수 있습니다.
기타 세포 과정: 스페르미딘은 지질 대사 조절, 세포 성장/신호 전달 경로 조절, 줄기세포 노화 방지 등 다양한 세포 과정에도 관여합니다.
이처럼 스페르미딘은 항염증, 항산화, 미토콘드리아 지원, 오토파지 유도 등 다양한 효과를 통해 노화의 여러 상호 연결된 측면에 동시에 작용할 수 있습니다. 더욱이, 스페르미딘의 작용은 CR 모방체(CR mimetic)와 비슷한데 CR은 종종 오토파지를 통해 수명과 건강 수명을 연장합니다. 따라서 비슷한 효과를 가진 스페르미딘 역시 오토파지를 통해 유사한 효과를 낼 것을 기대할 수 있습니다. 또한 염증을 감소시키며, 단식 중 스페르미딘 수치가 증가하는 것을 볼 때 노화에 상당한 유익을 가지고 있다고 볼 수 있습니다.
스페르미딘을 섭취하는 방법
1. 식품에서 섭취하기
스페르미딘은 다양한 식물성 및 동물성 식품에 함유되어 있습니다. 특히 스페르미딘이 풍부한 공급원으로는 밀 배아, 콩류(말린 콩, 낫토와 같은 발효 콩), 숙성 치즈(체다 치즈, 블루 치즈 등), 버섯, 통곡물/쌀겨, 콩과 식물(완두콩, 병아리콩, 렌틸콩), 특정 견과류 및 씨앗류, 일부 채소(브로콜리, 콜리플라워), 그리고 과일(망고, 자몽, 오렌지) 등이 있습니다.
스페르미딘 함량은 식품의 종류, 숙성 정도, 가공 방법에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 발효 과정은 종종 폴리아민 함량을 증가시키는 것으로 알려져 있습니다. 일반적으로 식물성 식품이 스페르미딘 함량이 높은 편이며, 동물성 식품(육류)은 스페르민 함량이 더 높은 경향이 있습니다. 지중해식 식단이나 전통적인 일본 오키나와 식단과 같이 장수와 관련이 있다고 알려진 식단에는 스페르미딘이 풍부하게 함유되어 있다는 점도 주목할 만합니다.
주요 식품의 스페르미딘 함량 (참고값)
| 식품 | 스페르미딘 함량(mg/kg) | 비고 |
| 밀 배아 | 243 - 2437 | 가장 풍부한 공급원 중 하나 |
| 콩 (말린 것) | 128 - 1425 | 품종 및 출처에 따라 변동 |
| 낫토 (발효콩) | 높음 (구체적 수치 부족) | 발효로 함량 증가 |
| 체다 치즈 (숙성) | 199 - ~262 | 숙성 치즈에 풍부 |
| 블루 치즈 | 높음 (예: 262까지) | 숙성 치즈 |
| 버섯류 | 89 - 398 | 종류에 따라 다양 |
| 쌀겨 | 50 | 통곡물 |
| 완두콩 (녹색) | 46 - 65 | 콩과 식물 |
| 닭 간 | 48 | 동물성 내장 |
| 브로콜리 (익힌 것) | 25 - 32.4 | 십자화과 채소 |
| 콜리플라워 (익힌 것) | 25 - ~398 | 십자화과 채소 |
| 옥수수 | 높음 (구체적 수치 부족) | |
| 망고 | 30 | 열대 과일 |
| 자몽 | 높음 (구체적 수치 부족) | 감귤류 |
| 오렌지 | 90 이상 가능 | 감귤류 |
| 헤이즐넛 | 21 (mg/100g 기준) | 견과류 |
| 병아리콩 | 29 | 콩과 식물 |
| 감자 (익힌 것/칩) | 15.8 - 39.9 | |
| 피망 (녹색) | 90 이상 가능 | |
| 소고기 | 3.7 (mg/100g 기준) | 스페르민 함량이 더 높음 |
참고: 위 표의 값은 다양한 출처에서 보고된 참고값이며, 실제 함량은 재배/사육 조건, 품종, 가공 방법 등에 따라 달라질 수 있습니다.
2. 보충제로 섭취하기
스페르미딘 보충제는 주로 밀 배아 추출물, 쌀 추출물, 때로는 콩 추출물이나 메밀 새싹 등에서 추출됩니다. 일반적으로 하루 약 1mg 내외(예: 0.9mg 또는 1.2mg)를 섭취합니다. (유럽식품안전청(EFSA) 기준 6mg/일 까지)
스페르미딘은 안전하고 내약성이 우수한 한데 보고된 부작용이 거의 없으며, 고용량을 섭취시 경미한 소화 불편 가능성만 가지고 있습니다. 결과적으로 보충제로도 안전하게 섭취할 수 있는 물질이라고 볼 수 있습니다.
결론, 역노화를 위한 좋은 선택
스페르미딘은 세포 기능에 필수적인 폴리아민으로, 그 수치는 노화에 따라 감소합니다. 세포 활성화의 필수적인 오토파지 역시 노화에 따라 저하되게 됩니다. 스페르미딘은 EP300 억제 및 TFEB 활성화를 통해 오토파지를 강력하게 활성화 시킵니다. 노화 방지 뿐만 아니라 역노화를 위한 효과를 가지고 있다고 볼 수 있습니다.
결론적으로, 스페르미딘은 주로 오토파지라는 기본적인 세포 과정에 대한 강력한 효과를 통해 건강한 노화를 촉진하는 매력적인 후보 분자로 떠올랐습니다. 특히, 스페르미딘은 노화 과정에서 자연적으로 감소한다는 점에서, 스페르미딘의 섭취가 젊은 시절의 생리 상태를 회복시킬 수 있다는 점에서 놀라운 장점을 가집니다. 스페르미딘! 역노화를 위한 좋은 선택지가 될 것 같습니다.
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