운동을 하면 그에 반응해 골격근이 분자를 만들어내고, 이 분자가 골밀도를 증가시킨다는 사실이 처음으로 밝혀졌다.

그동안 운동이 새로운 뼈를 형성하는 자극제가 된다는 것은 잘 알려졌으나 근육이 어떻게 뼈와 ‘통신’을 하는가는 불명확하게 남아 있었다.

미국 마운트 사이나이 아이칸의대, 본(Bone) 프로그램 연구진과 이탈리아 안코나 의대 실험임싱의학과, 이탈리아 바리대학 신경과학 및 감각기관 연구진은 이 같은 공동 연구결과를 14일자 ‘미국 국립과학원 회보’(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표했다.

운동하는 근육에서 분자 분비돼 뼈에 작용

미국 마운트 사이나이 아이칸의대 의약 및 구조화학생물학과 모네 자이디(Mone Zaidi) 교수는 “이번 연구는 새로운 발견으로 실험실 연구자나 임상의사들에게 연구와 치료에서 새로운 가능성을 제시한다”며 “운동을 하는 동안 근육에서 분비된 분자가 우리 몸의 정강이 뼈에 직접 작용해 강도를 증가시킨다는 사실을 처음으로 밝혔고, 이 뼈들은 운동 중에 쉽게 손상될 수 있기 때문에 그런 메커니즘이 작용하는 것 같)다”고 말했다.

연구팀은 실험을 위해 뼈 증식을 가장 잘 관찰할 수 있는 젊은 수컷 쥐를 선택해서 이 쥐들에 근육에서 생성되는 이리신(irisin)을 투여했다. 이리신은 마이오킨(myokine)이라 불리는 일종의 특화 단백질로 골격근에서 추출하며 체지방 조절에 관여한다. 연구팀은 이리신이 투여된 쥐들의 피질골(겉질뼈)에서 골밀도와 강도가 현저하게 증가하는 현상을 관찰했다. 피질골은 골격근 무게의 80%를 차지하는 단단하고 치밀한 겉뼈 조직이다. 이번 실험에서 확인된 신호 분자인 이리신의 작용은 일차적으로 뼈 성장을 통해 매개되는 것으로 조사됐다. 우리 몸의 칼슘 저장고로서 소주(小柱) 혹은 해면 뻐로 불리는 속뼈는 이리신에 의해 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

근육감소증 치료에 새 희망

이번 연구는 이리신이 근육과 뼈 사이 통신의 기초를 이루며, 운동이 골아(骨芽) 세포의  새로운 뼈 합성을 직접 자극해 골격 단백 동화작용(skeletal anabolic action)을 돕는다는 사실을 알려준다. 또 이 연구를 통해 신체운동과 그로 인해 뼈에 가해지는 물리적 힘이 대사작용과 골격의 건강에 유익하다는 점을 확인할 수 있다.

한 예로 전직 운동선수의 경우 신체운동 강도가 떨어지면 뼈가 점점 약해지면서 골절 위험이 증가한다. 신체를 사용하지 않거나 무중력 상태에서는 급격하고 심각한 골 손실이 일어난다. 예를 들면 우주비행사는 조기 폐경이 된 여성보다 10배나 빠르게 골밀도가 떨어지게 되며, 식물인간 상태로 있거나 척수 손상으로 움직일 수 없는 환자는 취약성 골절 위험이 매우 높다.

논문 필자들은 운동을 하는 동안에 이리신 분자가 근육-뼈 사이 통신을 담당한다는 사실이 확인됨으로써 앞으로 근육감소증 치료법 개발에 새로운 돌파구를 열 것으로 기대하고 있다. 근육감소증은 노화에 따라 근육량이 점차 감소하는 증상으로 이에 따라 뼈도 약해지는 골다공증이 뒤따라 골절상을 일으키기 쉽다.

 “사과와 녹색 토마토, 근육 노화 예방”

한편 미국 아이오와 대학 연구진은 최근 노화에 따라 근육을 약해지게 하는 한 원인으로 ATF4라는 단백질을 발견해 보고했다. ATF4는 골격근에서 유전자 발현을 변화시키는 전사인자로서 근육의 단백질 합성과 근육의 강도 및 근육량 감소를 일으키는 것으로 나타났다.

이들 연구팀은 또한 사과와 녹색 토마토에서 이 ATF4의 작용을 억제하는 천연물인 우르솔릭산(ursolic acid)과 토마티딘(tomatidine)을 찾아내 쥐 실험에서 노화에 따른 근육 약화를 현저하게 줄이는 효과를 관찰했다.

논문의 시니어 저자인 이 대학 내과 크리스토퍼 아담스(Christopher Adams) 교수는 “우르솔릭산과 토마티딘이 ATF4의 활동을 감소시켜 골격근을 노화로부터 회복시켜 준다”고 말했다.