수명조절, 칼로리 제한

1. 수명 조절 : 칼로리 제한

 

 수명 조절 대중 매체는 특정 식품과 영양소가 수명을 연장시키거나 건강을 증가시키는 방법에 대한 이야기들로 가득 차있다. 130~140년의 수명이 살구, 요구르트, 그리고 " 특별한" 빵과 같은 식이요법의 결과로서 가능하다는 개인의 주장에 의해 보고되어 있다.

 개인적인 평생 동안의 이야기와 비타민 E, A, B 12 및 C 의 수명 연장 및 노화 방지 효과는 책과 유명 잡지에서 정기적으로 나오고 있다. 그러나 수명 을 연장하는 것으로 보고된 각각의 음식과 영양소의 엄격한 과학적 평가는 수명 연장하거나 특정 결핍 완화와 관련된 어떠한 특정 건강 효과도 입증할 수 없었다. 일반적으로 칼로리 제한 ( CR, calorie restriction ) 또는 식이제한 ( DR, dietary restriction ) 이라고 말하는 칼로리 섭취의 제한만이 평균수명과 최대 수명을 연장시키는 것으로 나타났다.

 칼로리 제한의 수명 연장 특성은 효모, 벌레, 파리, 설치류를 포함하여 시행된 거의 모든 비인간 종에 효과가 있다. 유전자 변형된 일부 종은 CR에 반응하지 않았다. 또한, 비인간 영장류에서 CR 조사가 최근 완료됨에 따라 연장된 수명과 노화 관련 질환의 지연 또는 예방을 밝혀냈다. 현재의 데이터, 특히 비인간 영장류에서의 데이터는 칼로리 섭취를 줄이면 노화 속도 조절 및 / 또는 인간의 수명을 연장하는 하나의 메커니즘이 될 수 있다고 강력하게 제안한다. 이 절에서는 인간의 건강을 향상시키고 수명을 증가시키는데 있어서 이러한 식이 개입의 가능성 있는 효과 그리고 장수를 조절하는 방법으로써 CR의 사용에 대해 탐구한다.

 

 

 

1) 칼로리 제한은 설치류에서 수명을 증가시키고 노화의 속도를 감소시켰다.

 

 1935년 맥케이 ( McCay ), 크로웰 ( Crowell ), 그리고 메이너드 ( Maynard ) 에 의해 저술된 출판물에서 처음으로 수명의 연장을 설명했다. 이들 연구자들은 쥐의 칼로리 섭취량을 줄이면 쥐가 원하는 만큼의 칼로리를 섭취하도록 먹이를 제공한 자유식 ( ad libitum feeding 으로 알려진 ) 쥐들과 비교했을 때 최대 수명이 증가되는 것을 발견했다. 이전 연구와 비교했을 때, 이 실험의 독창성은 영양 성분 결핍을 예방하는 데 필요한 비타민과 무기질은 변경하지 않고 연구자가 음식의 칼로리 함량만을 감소시켰다. 이전 연구는 칼로리 제한보다는 음식 제한에 의해 증가된 수명이 나타났다고 주장했다.

 식이 제한에 의해 수명이 연장될 동안 많은 동물이 영양 결핍으로 인해 일찍 사망했다. 따라서 맥케이와 동료들은 칼로리 제한이 수명을 연장시킨 반면에 음식 제한은 영양 결핍을 견딜 수 있는 강건한 동물이 더 오래 살았다는 사실, 즉 선택적 사망률을 반영한다는 것을 보여줬다. 맥케이와 그의 동료들 그리고 수많은 다른 사람들의 실험에서도 CR은 이유식 근처에서 시작되었다 ( 약 3 주령의 쥐 또는 생쥐 ). 그 결과에 따라 칼로리 제한된 쥐와 생쥐는 자유식을 한 동물들에 비해 체중과 크기 모두 더 작았다. 이러한 관찰을 통해 대부분의 과학자들은, 성장과 발달을 늦추는 것이 CR 을 통한 수명 연장에 기반이 되는 메커니즘이라고 결론 내렸다. 1980년대 초기까지의 실험들은 평균 18개월까지 자유식을 통해서 충분히 자란 쥐와 생쥐에서, 칼로리 제한이 최대 수명을 증가시켰다는 것을 의미하는 것이 아니라는 것을 보여주었다. 대부분의 실험에서 사용한 CR의 수준은 거의 자유식의 약 60~70%로 다소 가혹했다. 이러한 값은 실험적으로 굶주림에 의한 초기 사망률 없이 최대 수명 연장을 제공하는 수준으로 확립되었다. 인간에게 40% 의 제한이 불가능 하기 때문에 이러한 CR 의 수준의 사용이 비판을 받았다 ( 이 절의 후반에 기술된 인간에게서 CR 의 효과에 대한 논의 참고 ). 이러한 비판을 피하기 위해 연구자들은 칼로리 제한을 다른 수준으로 실험하는 수명 실험을 수행 했다. 이러한 연구로부터 온 데이터는 칼로리 섭취 감소로 인한 수명 증가의 확장을 보여주었다. 다른 데이터에 의하면 단지 5~10% 의 칼로리 감소에서 수명이 적은 수준으로 증가했다. 이러한 실험의 결과는 수명을 증가시킬 수 있었던 것에 대한 적절한 수준의 칼로리 제한을 나타낸다.

 

 오늘날 사용되는 CR 절차는 영양 결핍과 영양 실조를 막기 위한 충분한 수준의 비타민과 미네랄을 보장하는 식이요법을 포함하고 있다. 게다가 수 많은 실험이 비타민과 미네랄의 농도를 필요 이상으로 증가하게 되면 더 이상 수명을 증가시키지 않는다는 것을 보여줬다.

 종합하면, 영양 결핍의 예방과 추가 보충제로 인한 효과 부족은 개별 영양소가 아닌 칼로리가 칼로리 제한 하에서 관찰된 수명 연장을 위한 기본 메커니즘이라는 것을 강력히 시사해준다. 칼로리는 3가지 거대 영양소 ( macromutrients ) 에 의해 제공된다 : 단백질, 지방 ( 지질 ) 그리고 탄수화물 ( 전분과 당 ). 식이요법의 칼로리 함량의 감소를 위해서는 이러한 3가지 거대 영양소의 농도를 변경해야만 한다. 이러한 거대 영양소는 영양을 공급할 뿐만 아니라 몸에 다른 기능을 갖고 있기 때문에 단백질, 지방, 탄수화물 또는 3가지 조합의 변화된 농도가 CR에서 수명 증가를 이끌 수 있는 요인으로 작용하게 될 것이다. 그러나 거대 영양소의 다양한 수준을 이용한 여러 CR 연구는, 일반적으로 설치류에서 수명 증가에 대한 책임이 거대 영양소가 아니라 칼로리의 변화에 있다는 것을 보여준다. 비록 설치류에서 CR 의 수명 증가 효과에 대한 메커니즘이 아직 정의되지 않았지만 자유식을 한 동물의 결과와 비교하여, 생리학적 시스템 내 거의 모든 연령과 관련된 감소가 지연 또는 둔화된다. 이것은 대사 속도, 신경 내 분비 변화, 혈당 조절, 체온 조절, 면역 반응 그리고 활동 일주기를 포함한다.

 

 CR 에서 관찰된 노화 속도의 둔화는 손상된 단백질로 이어지는 세포의 산화 스트레스와 다른 과정에서의 감소와 관련될 수 있다. 설치류 CR 연구에서 더 재미있고 일관성 있는 결과 중 하나는 다양한 보호 단백질이 상향 조절된다는 것이다. 당신이 기억해야 할 보호 단백질은 잘못 접히거나 손상된 단백질을 분해하고 세포로부터 제거한다. 따라서 손상의 축적에서 감소는 CR 동안 노화의 속도를 늦추는 한 가지 메커니즘일 수 있다. 칼로리 제한은 또한 많은 노화 관련 질환의 발생을 지연시키거나 예방한다. 칼로리 제한 쥐에서 신부전을 일으키는 질환인 사구체 신염의 발병률과 자연사로 이어지는 가장 흔한 원인은 자유식을 한 쥐에서 관찰된 속도의 약 50% 였다. 또한 칼로리가 제한된 쥐에서 사구체 신염은 수명의 후반부에 발 병했다. 암의 발생과 종양의 수는 자유식을 한 쥐보다 칼로리 제한 쥐에서 더 적게 발생했다.

 

2) 단순한 개체에서 칼로리 제한은 유전적 그리고 분자적 메커니즘을 조사하기 위해 사용될 수 있다.

 

 CR 을 이용한 대부분의 조사는 일반적으로 유전 및 분자적 메커니즘의 연구에 있어 좋지 않은 모델인 쥐와 생쥐를 이용했다. 이에 노화생물학자들은 효모, 벌레, 파리와 같이 덜 복잡하고 유전 및 분자적 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있는 개체에서 CR을 통한 수명연장 실험들을 진행하였다. 대부분의 결과가 현재 우리가 알고 있는 수명의 진화 및 유전적 기초와 일치했 다. 예쁜꼬마선충과 초파리에 의한 수명의 연장은 생식의 시작에서 지연되는 것과 관련이 있다. 게다가 칼로리가 제한된 벌레 및 파리에서의 번식력은 자유식을 한 동물들에 비해 현저히 감소했다. 이러한 발견은 제3장에서 이야기 했던 생식 성공과 장수 사이의 상충관계에 대한 실험적 그리고 수학적 모델 의 증거에 대한 기초가 될 수 있을 것이라고 예상할 수 있다. CR 의 수명 연장을 담당하는 유전적 그리고 분자적 사건은 대부분 알려져 있지 않은데, 왜냐하면 불과 몇 년 동안 단순한 개체를 이용하여 진행되어 왔기 때문이다. 지금까지 효모, 벌레 그리고 파리에서의 결과는 제5장에서 논의했던 수명에 영향을 미치는 유전적 메커니즘과 일치한다. CR을 견딘 효모 에서 수명 연장은 호기성 대사에서 SIR 유전자를 포함하는 장수 유전자와 관련되어 있는 것 처럼 보인다. 실제로 sIR2를 과발현하도록 조작된 쥐에서 CR은 더 이상 수명 연장을 증가시키지 못했다. 단순한 개체에 대한 훨씬 더 많은 연구가 CR의 기본 메커니즘을 결정하는 데 필요하다.