[프리미엄 리포트] 이스터섬에서 발견된 생명연장 후보 물질

장기이식 거부반응 약물로 쓰이는 ‘라파마이신’
이스터 섬 토착 바이러스가 생산한 천연 물질
피부 주름부터 암까지…질병 진행 늦추는 효과

과학자들은 50년 전 이스터섬에서 발견된 한 화합물의 비밀을 아직까지 밝혀내는 중이다. 이스터섬의 토착 박테리아가 생산하는 ‘라파마이신(rapamycin)’은 강력한 생명 연장 물질로서, 어쩌면 노화 관련 질병의 획기적인 치료제 후보물질이 될 수 있을 것으로 보인다.

이스터섬은 칠레에서 서쪽으로 3700km 떨어진 태평양상 화산섬으로 900개에 달하는 거대한 얼굴 모양 석상 ‘모아이(Moai)’로 유명하다. 원주민들이 부르는 섬의 이름은 라파누이(Rapa Nui)였으며, 네덜란드 탐험가가 1722년 부활절(Easter day)에 이 섬에 상륙했다는 이유로 이후 이스터섬으로 불리게 됐다.

미 국립보건원 산하 국립노화연구소(NIA)는 노화억제시험프로그램(ITP)을 통해 지난 2009년 라파마이신이 실험용 쥐의 수명을 9~14%까지 연장하는 효능을 보였다는 획기적인 연구 결과를 발표했다(논문). 전 세계 다양한 연구기관에서는 이러한 연구 결과를 뒷받침하거나 이 실험 결과에서 나타난 것보다도 수명 연장 효과가 훨씬 더 크다는 실험 결과를 발표했다(네이처 논문).

라파마이신은 또한 인체 활력을 되찾아주는 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면 모발의 재성장을 촉진해 단기간에 탈모를 막고(논문) 두발이 자라도록 자극할 수 있다(논문). 피부 노화를 촉진하는 단백질 합성을 줄이고 콜라겐을 증가시키는 효과도 있다(논문). 알츠하이머성 치매(논문), 당뇨, 심장 및 근육 질환과 같은 전형적인 노인성 질환에도 긍정적 효과가 있는 것으로 나타났다(논문).

하지만, 미 보건당국에는 라파마이신의 공식적인 효능으로는 ‘인간 수명 연장’이 등록돼 있진 않다. 현재 라파마이신은 이식된 장기에 대한 거부반응을 차단하는 면역억제제로 쓰인다. 다만, 장수에 대해 강한 열망을 가진 일부 사람들은 의사의 약물 처방을 받아 소량을 정기적으로 복용하고 있다.

2023년 발표된 노화 연구 학술지 ‘지로사이언스(GeroScience)’에 게재된 한 연구에서는 라파마이신을 오프라벨(off-label) 복용하는 성인 333명을 대상으로 실시한 설문조사 결과가 발표됐다(논문).

어떤 의약품이 규제당국의 허가를 받긴 했지만 적용증이나 용량, 투여 경로 어느 한 가지라도 허가받지 않은 형태로 사용하는 것을 오프라벨 사용이라고 한다.

중복 응답이 가능한 이 설문조사에서 복용 목적에 관해 응답자 대다수(95%)는 “무병장수 및 노화 방지”를 꼽았고, “19%는 치매 예방”, 그 외 소수가 “심혈관 질환 또는 암 예방”이라고 밝혔다. 원래 승인된 용도인 장기이식 환자 면역억제제로써 라파마이신을 복용한다고 응답한 사람은 단 한 명도 없었다.

이스터섬의 숨겨진 보물

미 서던캘리포니아대학의 켁 의과대학(Keck School of Medicine) 임상 겸임교수인 로버트 루프킨 박사는 에포크타임스와의 인터뷰에서 “라파마이신은 실험실에서 만들어진 합성 물질이 아니다”라며 “자연에서 비롯된 물질”임을 강조했다.

1964년 12월, 칠레 정부가 이스터섬에 국제공항을 건설한다는 소식에 캐나다 과학자들이 이끄는 40명으로 구성된 연구진이 이스터섬에 도착해 3개월간 머물렀다. 이들의 목적은 이스터섬이 외부 환경에 노출되기 전 이스터섬의 인구와 자연환경에 관해 조사하는 것이었다.

연구 기간 중 이스터섬 현지 원주민들이 맨발로 흙길을 걸어 다님에도 불구하고 결코 파상풍에 걸리지 않는다는 사실을 발견한 연구진들은 토양에 있는 특정 물질이 파상풍을 예방하는 역할을 하는 것이 아닌지 연구하기 시작했다. 그 후 실험실에서 과학자들은 특정 물질을 발견했다. 이 물질은 방선균 ‘스트렙토미세스 하이그로시쿠스(Streptomyces hygroscopicus)’의 대사산물로 항균성을 가지고 있었다(논문).

이스터섬의 토양에서 발견된 이 물질의 이름은 원주민 언어로 라파누이로 불리는 섬에서 발견된 것을 기념해 ‘라파마이신’으로 명명됐다.

미 오클라호마대학 보건과학센터의 생화학 및 생리학 교수 알란 리처드슨은 라파마이신이 곰팡이와 같은 병원체의 영양소를 차단해 굶겨 죽이고 유기체의 성장을 막는다고 에포크타임스에 말했다.

라파마이신 발견 초기 사용처

라파마이신이 항균 특성을 보이는 것 외에도 연구진들은 동물 세포 성장을 억제할 수 있다는 사실을 발견했다. 라파마이신은 세포 성장의 ‘스위치’ 역할을 하는 TOR 단백질에 표적으로 작용한다.

켁 의과대학의 루프킨 박사는 “TOR은 지금까지 알려진 가장 중요한 생물학적 분자 중 하나이며, 근본적으로 인체 신진대사에 영향을 미친다”고 말했다.

TOR은 ‘표적 라파마이신(Target of Rapamycin)’의 줄임말로, 많은 연구에서 이용되는 mTOR은 ‘라파마이신의 기계적 표적(mechanistic Target of Rapamycin)’을 의미한다.

TOR은 본질적으로 한 가지 일을 하는데 바로 영양소의 존재를 감지하는 것이다. 영양분이 있으면 TOR은 세포 성장을 지시하는 신호를 보낸다. 반대로 영양분이 부족하면 세포는 성장을 멈추고 복구를 시작한다. 루프킨 박사는 “이 두 가지 모드는 모두 건강한 생명을 유지하기 위해 필수적”이라고 설명했다.

라파마이신은 처음에는 면역억제제로 사용됐다. 고용량의 라파마이신(하루 3mg)은 면역세포의 활동을 감소시켜 이식받은 장기에 대한 면역체계의 거부 반응을 억제하는 것으로 밝혀졌다. 1999년 미 식품의약국(FDA)은 신장이식 환자를 위한 면역억제제로서 라파마이신의 사용을 승인했다.

세포 성장을 억제하는 능력으로 인해 라파마이신은 이후 항암제로도 사용됐다. 2007년에는 라파마이신 유사체인 템시롤리무스(temsirolimus)가 신장암 치료제로 처음 승인됐다. 루프킨 박사는 라파마이신이 여러 유형의 암에 효과적이며, FDA도 이를 인정해 라파마이신을 8가지 유형의 암에 대한 1차 항암제 또는 보조 항암요법으로 사용하도록 승인했다고 언급했다.

라파마이신의 면역억제 효과와 항암 효과 사이에는 밀접한 연관성이 있다.

루프킨 박사는 이에 대해 “심장이식 등과 같은 장기이식을 받아 라파마이신을 복용하는 환자들은 면역억제제로 인한 암 발병 확률이 낮아지는 부가적인 긍정적 효과를 본 것으로 나타난다”고 말했다. 그는 “장기이식 후 환자의 가장 흔한 사망 원인은 이식받은 장기에 대한 면역거부 반응이 아니라 실제로는 (라파마이신 이외의) 면역억제제로 인해 생긴 암”이라고 말했다.

미국 메이요클리닉 연구진은 통제된 실험을 수행해 심장이식 수술 환자 500명 이상을 10년 동안 추적 조사했다. 그 결과 라파마이신을 면역억제제로 사용한 환자는 다른 면역억제제(칼시뉴린·calcineurin)를 사용한 환자보다 악성종양 발생 위험이 66% 낮다는 사실이 발견됐다(논문).

라파마이신의 생명 연장 효과에 대한 연구

라파마이신의 주요 작용은 mTOR을 억제하는 것인데, 이를 통해 세포를 공복(空腹)과 유사한 상태를 유도해 세포의 자가포식(autophagy)을 이끌어낼 수 있다. 이 메커니즘은 인간의 장수에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 여겨진다.

‘자가포식’이란 간단히 말해 세포가 자신의 기능이 저하된 구성성분을 파괴하고 복구하는 과정으로, 세포가 자신의 노폐물과 이물질을 분해해 재활용하거나 제거해 생존을 위한 에너지를 보존하는 것을 말한다.

리처드슨 교수는 mTOR이 세포에 성장 신호를 보내 뼈 성장, 뇌 성장 및 기타 발달 과정을 돕기 때문에 어린이와 어린 생물에게 매우 중요하다고 설명했다.

그러나 mTOR은 성인기를 지난 노인이나 이미 성숙한 동물에게는 부정적 영향을 미칠 수 있다. 나이가 들면 자동차를 운전할 때 가속 패달을 쭉 밟는 것마냥 질병과 활성산소로 인한 스트레스로 mTOR이 과도하게 활성화될 수 있다. 이로 인해 세포 기능이 과도하게 활성화되면 노화와 관련된 질병과 암까지 유발될 수 있다.

현대인의 식습관과 생활방식은 mTOR의 지나친 활성화에 중요한 영향을 미친다. 농업혁명과 함께 인간은 식량에 대한 접근성이 높아졌다.

그 후 냉장고가 널리 보급되고 최근 수십 년 동안 가공식품과 초가공식품이 널리 보급되면서 이러한 식품들은 현대인 식단의 주요 구성 요소가 됐다.

루프킨 박사는 “이로 인해 사람들은 (배고픔을 느낄 새 없이) 항상 음식을 먹게 됐다. 그리고 mTOR은 이러한 세포의 ‘성장 모드’를 계속 켜져 있게 만들었다”고 말했다.

그는 “이러한 현상을 억제하면 기본적으로 우리가 원치 않는 질환의 진전을 늦출 수 있으며, 이를 통해 노화를 지연시키고 많은 노화 관련 질병을 예방할 수 있다”고 설명했다. 이와 같은 사실은 이미 동물실험에서 입증된 바 있다.

미국 ‘사이언스저널(the journal Science)’에 발표된 한 연구에 따르면 라파마이신은 질병으로 인해 수명이 단축된 쥐의 수명을 연장하는 것으로 나타났다. 다른 연구에서는 중년의 쥐에게 3개월 동안 라파마이신을 주사했다. 일반적으로 쥐의 수명은 대략 30개월 정도지만, 라파마이신을 투여한 쥐는 수명이 60% 연장되는 결과가 나왔다.

호주 로열 멜버른 병원(Royal Melbourne Hospital)의 일반의학 및 노인의학 명예교수이자 네덜란드 암스테르담 자유대학(Vrije Universiteit Amsterdam) 노인학 교수인 안드레아 마이어(Andrea Maier) 박사는 “라파마이신은 항염증제이며 심혈관계에 긍정적 영향을 미친다”고 말했다.

현대판 불로장생의 비약이 될까

라파마이신이 동물의 장수를 촉진하는 것으로 밝혀졌다면, 곧 인간도 같은 목적으로 사용할 수 있게 될까?

리처드슨 교수는 “나는 다른 사람에게 ‘당신도 라파마이신을 복용해야 한다’고 권하고 싶지는 않다”고 말했다. 그는 라파마이신이 인간의 수명을 개선하거나 연장할 수 있는지에 대한 연구의 결론이 나오기까지는 “아직 멀었다”고 덧붙였다.

이를 위해 필요한 연구에는 임상실험을 통해 라파마이신의 잠재적 부작용을 테스트하고 알츠하이머나 암과 같은 특정 연령 관련 질병에 대한 치료 효과를 평가하는 것이 포함된다.

그러나 리처드슨 교수는 알츠하이머와 같이 비가역적 질환을 앓고 있는 사람에게는 의사의 지도와 관찰하에 라파마이신 치료를 시도해보는 것도 하나의 방법이 될 수 있다고 말했다.

미국 워싱턴대학(University of Washington) 실험의학 및 병리학과의 임시 조교수 알레산드로 비토(Alessandro Bitto)는 실험용 쥐에게는 효과가 있는 많은 약물이 궁극적으로 인간을 대상으로는 실패하지만, 일부 소규모 인간 대상 실험에서 라파마이신이 특정 노화와 관련된 지표를 개선하는 것으로 나타났다고 말했다.

비토 교수는 라파마이신의 인간에 대한 생명 연장 효과를 직접적으로 증명할 수 없는 이유는 “아직 장수를 측정하기에 적합한 간접적 척도들이 없기 때문”이라고 설명했다. 하지만 현재 후성유전학적 생체시계와 같은 장수를 측정하는 대체 측정법이 개발돼 개선되어가고 있다.

“나는 라파마이신에 우리가 현재로선 이해하는 것조차 시작하지 못한 커다란 이점이 있을 거라고 생각한다”고 루프킨 박사는 말했다. 부연하자면 라파마이신은 비교적 우수한 안전성 기록을 갖고 있음에도 불구하고 인체 사용이 승인된 지 이제 겨우 20년 조금 넘었고, 라파마이신을 통한 인간 수명에 대한 무작위 대조 실험은 2016년에야 시작됐다.

과학자들은 대부분 주인과 함께 생활하며 인간의 생활 조건과 유사한 환경에 노출되는 개를 대상으로도 라파마이신을 시험하고 있다. 이 접근 방식은 보다 설득력 있는 결과를 도출할 것으로 기대된다.

마이어 박사는 에포크타임스에 “라파마이신을 테스트하는 더 많은 연구가 이어질 것이며, 결과를 해석하는 데는 약간의 주의가 필요하다”며 “그러는 동안 노화 과정에 대항하는 다른 전략들이 있다”고 말했다.

반면 루프킨 박사는 신진대사를 개선하고 수명을 연장하는 물질로서 라파마이신의 역할에 대해 비교적 긍정적 전망을 갖고 있다. 실제로 그는 라파마이신을 직접 복용하고 있다. 하지만 그는 생활습관 변화로 라파마이신의 효과를 보완하는 것이 중요하다고 강조한다.

루프킨 박사는 “약만 먹고 최대의 효과를 기대해서는 안 된다”고 말했다. 그는 “정크푸드를 피하고 ‘식사의 창문(eating window)’을 줄여 공복 시간이 늘어나도록 노력해야 한다”라고 말했다.

‘식사의 창문’이란 하루 중 첫 식사 후 마지막 식사까지의 시간이다. 만약 아침 8시에 첫 식사를 하고 저녁 6시에 마지막 식사를 했다면, 식사의 창문이 10시간인 셈이다. 이 시간이 줄어들수록 하루 중 공복으로 지내는 시간이 늘어난다.

미국에서는 건강 전문가들이 식사의 창문을 10시간으로 유지해 나머지 14시간을 비워두는 식습관을 조언하는 경우가 많다.

루브킨 박사는 라파마이신을 섭취하는 동시에 탄수화물 섭취를 줄이고, 초가공식품 및 식물성 기름을 피하며, 규칙적인 수면을 취하고 활동적인 생활을 유지하는 등 생활습관 변화를 병행하면 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것이라고 말했다.

또한 간헐적 단식이 건강과 장수를 개선하는 가장 효과적인 방법이라고도 언급했다.

지금까지 알려진 라파마이신의 부작용

라파마이신을 장기간 복용해 건강상 이점을 얻고자 하는 사람들에게는 라파마이신의 부작용을 이해하는 것이 필수다.

마이어 박사는 라파마이신은 심각한 부작용을 일으킬 수 있다고 말했다. FDA는 장기이식 거부 반응을 예방하기 위해 라파마이신을 치료 용량으로 복용하면 감염 및 면역억제와 관련된 특정 암의 위험이 증가할 수 있다고 지적하고 있다.

또한 ‘2023년 네이처 에이징 저널(the journal Nature Aging in 2023)’에 발표된 리뷰에 따르면 장기이식 및 암 환자가 고용량 라파마이신을 복용하면 구강 궤양, 위장 불편, 고콜레스테롤, 고혈당, 상처 치유 지연 장애 등 부작용이 나타날 수 있다.

저용량(하루 0.1~0.5mg)의 라파마이신을 사용한 일부 인체 실험에서는 라파마이신이 면역력을 상향 조절해 면역 체계에 어느 정도 도움이 될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 예를 들어 노화 과학 및 의학 분야 전문가인 조안 매닉(Joan Mannick) 박사가 주도한 일련의 무작위 대조 시험에서 저용량의 라파마이신은 인간에게 비교적 안전하다는 것이 입증됐다.

위약 집단에 비해 저용량 라파마이신 복용 집단은 65세 이상 노인에서 인플루엔자 백신 항체 반응이 20% 증가했다. 또한 매년 해당 집단 노년층의 호흡기 감염 발생률도 감소했다.

지난 2월 학술지 ‘란셋: 건강 장수학(The Lancet: Health Longevity)’에 발표된 보고서에서는 건강한 사람을 대상으로 라파마이신을 복용하게 하는 어느 연구에서도 라파마이신과 관련된 심각한 부작용이 발생하지 않았다고 보고됐다. 부작용의 정도는 일반적으로 경증에서 중등 수준이었으며, 라파마이신 복용을 중단하면 회복됐다.

가장 흔한 부작용은 감염과 구강 및 입술에서의 병변이었다. 또한 콜레스테롤과 혈중 지질이 약간 증가했으며, 이는 복용 중단 후 해소됐다.

다른 여러 전문가들도 라파마이신의 부작용이 현재로서는 비교적 경미한 것으로 보인다고 언급했다. 루프킨 박사는 성인 한 명이 기준 복용량보다 10배 높은 용량(103mg)의 라파마이신을 1회 복용한 사례를 언급하며 이 경우에도 생명을 위협하는 어떠한 부작용도 발생하지 않았다고 전했다.

복용량과 부작용의 심각성 간의 직접적 관계를 고려하며 연구자들은 라파마이신의 생명연장 효과를 최적화하기 위한 용량을 연구하고 있다.

의학계, 임상시험 다수 진행 중…낙관적 전망

라파마이신과 관련된 임상실험은 빠르게 확대되고 있으며, 다양한 분야에 걸쳐 약 100건의 임상실험이 진행 중이다.

‘라파마이신이 노화 및 노화 관련 질병에 미치는 영향-과거와 미래(Effect of Rapamycin on Aging and Age-Related Diseases—Past and Future)’란 보고서를 쓴 리처드슨 교수는 “라파마이신의 흥미로운 점은, 인간의 수명을 연장한 최초의 약물(의약품)이란 점”이라고 말했다.

암 치료에 사용되는 것 외에도, 리처드슨 교수는 인간 대상 임상실험에서 라파마이신의 알츠하이머병에 대한 치료 효과를 확인하기를 고대하고 있으며 상황이 “2~3년 안에 바뀔 수도 있다”고 믿고 있다.