젊은 장기 이식, 정말 청춘의 샘이 될 수 있을까? — 새 연구가 던진 찬물

작년 가을, 영국 맨체스터에서 열린 노화 학회 콘퍼런스에서 발표를 듣던 중 제 휴대전화가 미친 듯이 울리기 시작했습니다. 핫마이크가 러시아의 블라디미르 푸틴과 중국의 시진핑이 "영원한 삶"의 가능성을 두고 대화하는 장면을 흘린 겁니다. 푸틴이 이렇게 말했다고 전해졌습니다.

"생명공학이 발달하면 인간의 장기를 계속 이식할 수 있고, 사람들은 점점 더 젊게 살게 되며 심지어 불멸에 이를 수도 있을 것입니다."— 블라디미르 푸틴, 시진핑과의 대화(보도 인용)

이 발언은 이른바 "대체(replacement) 이론"을 떠올리게 합니다. 어린 생쥐와 늙은 생쥐의 혈관을 봉합해 잇는 고전 실험에서 출발한 이 이론은, 어린 피(어린 혈액) 속에 늙은 생쥐를 젊게 되돌리는 무언가가 들어 있다는 주장을 뒷받침해 왔습니다. 그렇게 보면, 70대 지도자들이 젊은 장기를 이식받아 젊어지는 그림도 그럴듯하게 들립니다.

하지만 보스턴의 브리igham and Women's Hospital(브리검 여성병원) 연구팀이 발표한 새로운 결과는 이 그림에 찬물을 끼얹습니다. 핵심 결론은 이렇습니다.

• 이식된 새 심장은 처음에 얼마나 어렸든 곧바로 수혜자의 생물학적 나이를 따라간다.
• 어린 심장은 금방 더 늙고, 늙은 심장은 오히려 더 젊어지는 현상도 관찰됐다.
• 혈액·다른 장기로의 회춘 효과도 거의 없었다.
• 인간 심장 이식자 데이터를 같은 방법으로 분석해도 동일한 패턴이 확인됐다.

1. 대체 이론이란 무엇인가

오래된 동물 실험에서 출발한 "대체 이론"의 뿌리는 파라바이오시스(parabiosis)라는 기법입니다. 두 마리 동물의 혈관을 외과적으로 연결해 한 몸처럼 만드는 실험으로, 어릴 때는 이질성 파라바이오시스(heterochronic parabiosis)라 불립니다. 한쪽은 젊고 한쪽은 늙은 두 생쥐를 연결하면, 젊은 쪽의 혈액 환경이 늙은 생쥐의 근육·간·뇌를 어느 정도 되살려준다는 결과가 여러 차례 보고되어 왔습니다.

그래서 일부 사람들은 "젊은 장기"만 이식해도 비슷한 효과를 기대했습니다. 하지만 젊은 피와 젊은 장기는 별개의 문제입니다. 이번 연구는 그 차이를 정면으로 다룹니다.

2. 연구팀은 어떻게 실험했나

연구를 이끈 제시 포가닉(Jesse Poganik) 박사팀은 두 단계로 접근했습니다.

① 생쥐 심장 이식 실험

인간의 경우 심장 이식은 손상된 심장을 들어내고 기증자의 심장으로 교체하는 방식이지만, 생쥐에게는 더 단순한 방법이 가능합니다. 생쥐 목 부위에 두 번째 심장을 하나 더 이식해, 원래 심장과 나란히 비교할 수 있게 한 것입니다. 실험군 구성은 다음과 같습니다.

• 어린 성체 생쥐에게 중년 기증자의 심장을 이식
• 중년 생쥐에게 어린 심장을 이식

병원 기록 분석에서 연구팀은 인간 심장 이식의 일반적 패턴도 함께 확인했습니다. 대부분의 수혜자가 기증자보다 약 20세가 더 많았다는 점이 흥미롭습니다.

② 세 가지 "노화 시계(aging clock)"로 측정

조직이나 개체의 생물학적 나이를 추정하는 분자 도구인 노화 시계 세 가지를 활용해 이식된 심장의 나이를 정량적으로 측정했습니다. DNA 메틸화 같은 분자 표지를 기반으로 한 이 도구들은, 보통의 생쥐에서 시간연령(chronological age)을 놀라울 만큼 정확히 맞힙니다.

3. 핵심 결과: 심장은 "주인의 나이"를 그대로 복사한다

포가닉 박사는 처음에 젊은 심장이 노령 동물에 도움이 되는 식의 상호 효과를 보일 것으로 예상했습니다. 같은 팀의 이전 연구에서는, 늙은 심장을 이식받은 어린 생쥐의 다른 기관에서 노화 세포(senescent cells)가 쌓이는 현상이 관찰되었기 때문입니다. 노화 세포란 더 이상 분열하지 않고 조직에 염증 신호를 내보내 노화를 부추이는 세포를 말합니다.

하지만 이번 결과는 정반대였습니다. 수술 후 4~6개월 시점에 이식된 심장을 분석했더니, 이식된 심장은 수혜자의 생물학적 나이를 그대로 따라갔습니다. "이식된 장기의 환경이 실제로 그 장기의 생물학적 행동을 규정합니다."라고 포가닉 박사는 정리합니다. 이 연구는 지난주 프리프린트 서버 bioRxiv(콜드스프링하버 연구소가 운영하는 생명과학 프리프린트 서버)에 공개됐습니다.

"이식된 장기의 환경이 실제로 그것이 생물학적으로 어떻게 행동하는지를 규정합니다."— 제시 포가닉, 브리검 여성병원

4. 인간 데이터에서도 같은 패턴

흥미로운 부분은 여기서 끝나지 않습니다. 인간 심장 이식 후 정기적으로 시행하는 심장 생검 조직 샘플이 브리검 여성병원에 수십 년치로 보관돼 있었습니다. 연구팀은 같은 노화 시계로 이 조직들의 생물학적 나이를 측정했고, 생쥐와 동일한 결론을 얻었습니다. 기증자의 나이와 무관하게, 새 심장은 수혜자의 나이를 빠르게 그대로 따라간다는 것입니다.

5. 왜 이런 일이 벌어지는가

정확한 메커니즘은 아직 규명되지 않았지만, 영국 버밍엄 대학교의 주앙 페드루 드 마갈량이스(João Pedro de Magalhães) 교수(이번 연구 미참여)는 면역 체계와의 연관성을 추정합니다. 혈액을 순환하는 면역 세포들이 새 장기의 노화 마커에 끊임없이 영향을 줄 수 있다는 설명입니다.

포가닉 박사는 또 다른 가능성을 제시합니다.

• 어린 심장이 잠재적으로 가진 회춘 효과가 몸 전체의 노화 요소들에 의해 희석될 수 있다.
• 단일 장기만으로는 효과를 보기엔 충분하지 않다.

6. 이 연구가 던지는 두 가지 메시지

의학적으로: 노후 기증자 심장의 활용 가능성

포가닉 박사는 이 연구가 외과 의사들이 나이가 더 든 기증자의 심장 사용을 고려하는 데 도움이 되길 바랍니다. 지금은 "기능이 충분히 좋지 않을 것"이라는 가정으로 버려지는 심장이 많기 때문입니다. 참고로 이식 전 장기를 보존하는 기계들이 이 상황을 바꾸고 있고, 포가닉 박사는 이 장치들이 기증자 간(liver)을 어느 정도 회춘시킨다는 다른 연구에도 참여한 바 있습니다.

과학적으로: 노화의 본질은 훨씬 더 복잡하다

같은 기관이라도 어떤 기준으로 보느냐에 따라 "노화됐다 / 안 됐다"는 답이 달라진다면, 생물학적 나이라는 개념 자체가 얼마나 다층적인지 실감됩니다. 포가닉 박사의 표현이 정확합니다.

"노화의 모든 측면이 시간을 거꾸로 되돌아가야 한다는 뜻입니다. DNA 손상, 구조적 손상, 그리고 노화 패키지에 포함된 모든 퇴행(degradation)들을 우리 몸의 다양한 세포·조직 전반에 걸쳐 되돌리는 것은 엄청난 도전입니다."— 제시 포가닉

요약하자면, 생물학적 나이의 어느 측면은 가역적일 가능성이 있지만, 어느 측면은 그렇지 않을 가능성이 크다는 겁니다. 푸틴 대통령에게는 미안하지만요.

7. 핵심 용어 한눈에 보기

노화 시계 (aging clock)

DNA 메틸화 같은 분자 표지를 이용해 조직·개체의 생물학적 나이를 추정하는 알고리즘. 후성유전학적 시계(epigenetic clock)라고도 불림.

노화 세포 (senescent cells)

세포 주기가 영구 정지돼 더 이상 분열하지 않으면서도, 염증 신호를 내보내 주변 조직의 노화를 부추이는 세포.

파라바이오시스 (parabiosis)

두 동물의 순환계를 외과적으로 연결해 한 몸처럼 만드는 실험 기법. 이질성 파라바이오시스(heterochronic parabiosis)는 서로 다른 연령의 두 동물을 잇는다.

생물학적 나이 (biological age)

출생 후 경과 시간인 시간연령과 달리, 세포·조직의 기능적 상태와 손상 축적을 반영한 가변적인 나이.

회춘 (rejuvenation)

신체적·생물학적 노화의 일부 또는 전부를 되돌려 더 젊은 상태로 회귀하는 과정. 이번 연구는 "젊은 장기 이식만으로 회춘되는가"를 직접 검증했다.

젊음의 샘 (fountain of youth)

영원한 젊음과 불로장생을 상징하는 신화적 개념. 푸틴·시진핑의 "장기 교체 영생" 발언을 풍자적으로 표현한 제목이다.

장수 (longevity)

인간의 수명을 늘리고 노화 관련 질환을 늦추려는 의학·생물학적 노력 전반.

8. 자주 묻는 질문

9. 정리하며

영원한 젊음에 대한 인간의 갈망은 언제나 강했습니다. 푸틴·시진핑의 대화는 그 갈망이 권력의 자리에서도 동일하게 작동한다는 점을 상기시켰고, 이번 연구는 그 갈망에 대한 과학의 한계선 위치를 또 한 번 명확히 그려줍니다. 노화는 단일 장기만 교체한다고 해결되는 문제가 아니라, 몸 전체의 복잡한 시스템 문제입니다. 푸틴 대통령에게는 미안한 소식이 될지 모르지만, 적어도 오늘 우리는 한 걸음 더 명확한 그림을 갖게 되었습니다.