December 10,2019

올림픽 선수처럼 근력 키우려면

NAD합성 늘리면 지구력 증강

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206개국 1만900여명의 각국 대표선수들이 각축을 벌이는 브라질 올림픽이 유난히 더운 올 여름의 열기를 더욱 달구고 있다.

메달을 향한 선수들의 집념은 집중적인 훈련을 통해 기량 향상으로 이어지지만, 보조적으로 약물을 복용하거나 투여해 근육의 힘을 기르려는 경우도 흔하다. 실제로 선수들이 필수 보조 분자를 적정 수치로 유지하는 것은 근육기능을 최적화하는데 매우 중요한 것으로 알려진다.

몇몇 운동선수들은 세포의 산화 환원에 관여하는 보조 효소인 NAD(nicotin amide adenine dinucleotide) 화합물의 체내 합성을 증가시키기 위해 보조 약물을 복용하고 있다. 선수들은 이 약물이 인체 세포의 에너지 생산기지인 미토콘드리아가 노화에 따라 쇠락하는 것을 반전시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이 NAD 결핍이 근육 기능에 미치는 영향을 조사한 연구가 처음 발표돼 관심을 모은다. 미국 펜실베이니아의대 생리학자인 조셉 바우어(Joseph Baur) 조교수팀이 수행한 이번 연구는 이번 주 ‘셀 대사’(Cell Metabolism) 표지 논문으로 실렸다.

NAD 합성 효소를 횃불처럼 손에 든 주자가 다른 선수들을 제치고 앞서고 있는 모습을 일러스트로 묘사했다. Artwork by Mary Leonard and courtesy of Joe Baur, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania and Cell Press. ⓒ ScienceTimes

NAD 합성 효소를 횃불처럼 손에 든 주자가 다른 선수들을 제치고 앞서고 있는 모습을 일러스트로 묘사했다. Artwork by Mary Leonard and courtesy of Joe Baur, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania and Cell Press.

NAD 양 줄어들면 근력 약해지고 위축돼

현재 천연 제품 제조에 대한 감독은 규제를 받는 약품 제조에 비해 느슨하며, NAD를 증강시키는 보조약품은 처방전 없이 구입할 수 있다. 바우어 교수는 “NAD 생성을 향상시키는 전략이 과연 건강한 개인의 근육 기능에 어떤 영향을 미칠 것인지는 깊이 생각해 보아야 할 문제”라며, “문제에 대한 대답을 얻으려면 엄격한 임상시험이 필요할 것”이라고 말했다.

바우어 교수팀은 실험 쥐의 골격근에서 ‘NAD 회복 경로’(NAD salvage pathway)를 손상시켜 NAD 전구(前驅) 분자들이 미코콘드리아에서 수행하는 역할을 조사했다. 이 경로는 신선한 NAD가 특히 미코콘드리아 안에서 세포 전체에 반응을 일으키도록 구조물 생성 분자들을 재활용하는 일련의 효소들로 구성돼 있다. 미코콘드리아는 소화된 음식물로부터 에너지를 만들어내는 세포의 한 구성요소다. NAD가 포함된 화학반응은 우리 몸 안에서 모든 지방과 탄수화물이 대사되는 기본 과정이지만 DNA 손상과 같은 스트레스를 받으면 NAD는 저하되거나 분해되고, 자연적인 노화과정이 진행되면서 농도도 떨어진다.

논문 제1저자인 데이비드 프레데릭(David W. Frederick) 박사후과정 연구원팀은 다른 건강한 쥐들에서 정상적인 노화 양상을 시뮬레이션하기 위해 특정 신체조직의 NAD 양을 제한할 수 있는 쥐 모델을 만들었다. 조사 결과 NAD 양이 제한된 이 쥐 모델은 자발적인 육체활동이나 쳇바퀴 놀이를 하지 않았는데도 근육 안의 NAD 양이 85%나 줄어든 것으로 나타났다. 이 쥐들이 사람의 초기 성인 나이인 3~7개월 후가 되자 근육은 지속적으로 약해지고 근섬유가 위축됐다.

바우어 교수는 “이 쥐들의 근육 조직은 듀센 근이영양증(DMD) 환자처럼 돼 버렸다”며, “발현된 유전자와 NAD가 결핍된 근육에서 염증성 면역세포가 나타난 것은 DMD에서 볼 수 있는 것과 매우 흡사하다”고 설명했다.

연구를 수행한 조지프 바우어 교수(오른쪽)와 논문 제1저자인 데이비드 프레데릭 박사(왼쪽). 사진 The Baur Lab ⓒ ScienceTimes

연구를 수행한 조지프 바우어 교수(오른쪽)와 논문 제1저자인 데이비드 프레데릭 박사(왼쪽). 사진 The Baur Lab

노화에 따른 근력 약화 예방과 근위축증 치료에 도움

연구팀은 다음으로 식품으로 먹는 NAD 전구체들이 실험 쥐의 근육 병을 치료할 수 있는지를 실험했다. 쥐들에게 니코틴아미드 리보시드(NR)로 불리는 비타민 B3를 먹이자 근육 감소가 완전히 반전됐다. 쥐들에게 먹인 것은 크로마덱스(ChromaDex)사 제품이었다.

프레데릭 박사는 “처음에 연구팀은 NR이 근육에서 잠자고 있던 미토콘드리아를 어떻게 그렇게 빨리 재활성화시키는지 놀랐다”며, “이번 실험 안에서만 보면 근육 속의 NAD가 조금만 늘어나도 기능적으로 매우 놀랄만한 결과를 나타낸다는 것을 알 수 있다”고 말했다.

연구팀은 한편 NAD를 만드는데 중요한 역할을 하는 효소인 Nampt를 쥐의 일생 동안 과잉 발현되도록 하면 NAD의 자연 감소를 막고 부분적으로 운동능력을 보존할 수 있다는 사실을 발견했다. 프레데릭 박사는 “근육의 NAD 합성을 향상시키면 늙어가면서 육체가 허약해 지는 것을 늦추는데 도움이 된다는 증거”라며, 이 같은 요법의 장기 안전성을 확인하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 강조했다.

바우어 교수는 어떤 형태의 근 위축증에서 NAD가 격감했는지 그리고 NAD를 회복시켰을 때 질병 양상을 개선시킬 수 있는지를 알아보기 위해 돌발성 근 위축증에 대해 더 연구해 볼 계획이다. 바우어 교수팀은 이전 연구에서 젊은 쥐의 NAD 합성을 향상시켜도 근력에 별 도움을 주지 않는다는 결과를 얻었으나 이번의 새로운 발견은 노화에 따른 근육 기능 감퇴를 회복하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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