Dietary serine and glycine restriction delays cancer-associated cachexia

암은 종종 환자의 자신의 세포가 환자에게 대항하는 질병으로 생각되지만, 그 가장 파괴적인 효과는 흔히 악액질(cachexia)이라고 알려진 전신 붕괴입니다. 이 상태는 단순히 식욕이 떨어지거나 충분히 먹지 못하는 문제가 아닙니다. 이는 신체가 자신의 지방과 근육을 스스로 소비하기 시작하여 심각한 쇠약과 치료 내성 저하를 초라는 복잡한 대사 증후군입니다. 수십 년 동안 이 소모 현상을 되돌리려는 의학적 노력은 환자에게 더 많은 영양을 공급하는 데 집중해 왔으나, 이러한 전통적인 식이 접근법은 대부분 실패했습니다. 지배적인 견해는 종양이 이러한 파괴를 주도하며, 숙주를 돕는 유일한 방법은 암을 굶기거나 단순히 더 많은 연료를 제공하는 것이라는 것이었습니다. 그러나 새로운 연구 방향은 특정 영양소에 대한 신체의 반응이 종양의 성장만큼이나 중요할 수 있으며, 소모를 막는 해결책이 단순히 음식을 더하는 것이 아니라 식단에서 특정 성분을 신중하게 제거하는 데 있을 수도 있음을 시사합니다.

런던의 프랜시스 크릭 연구소(Francis Crick Institute) 연구진은 두 가지 특정 생명의 구성 요소인 아미노산 세린(serine)과 글리신(glycine)을 제한하는 것이 쥐의 암 진행을 바꿀 수 있는지 조사했습니다. 다양한 유형의 폐암 및 췌장암을 포함한 일련의 실험을 통해, 그들은 이 두 영양소가 결핍된 식단이 숙주의 대사에 근본적인 변화를 일으킨다는 것을 발견했습니다. 이 변화는 단순히 종양의 성장을 늦추는 것에 그치지 않고, 신체가 스트레스와 염증을 처리하는 방식을 근본적으로 바꾸어, 암 자체가 계속 성장함에도 불구하고 악액질의 발생을 효과적으로 지연시킵니다. 이 결과는 암에서 살아남는 열쇠가 종양을 직접 공격하는 것보다 신체의 대사 탄력성을 재훈련하는 데 있을 수 있음을 시사합니다.

이 과정이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해, 연구팀은 먼저 세린과 글리신이 없는 식단을 섭취한 건강한 쥐들에게 어떤 일이 일어나는지 관찰했습니다. 이 동물들은 체중이 다소 감소했지만, 그 감소는 거의 전적으로 체지방의 감소 때문이었으며 근육량과 근력은 온전하게 유지되었습니다. 쥐들은 특히 활동적인 밤 시간 동안 덜 먹었으며, 그들의 몸은 지방을 더 효율적으로 태우도록 적응했습니다. 결정적으로, 이러한 마른 상태는 그들을 병들게 하지 않았습니다. 그들은 여전히 활동적이고 건강했으며, 이는 신체가 단순한 영양실조의 일반적인 결과 없이도 이 영양소 제한에 적응할 수 있음을 시사합니다. 이는 하나의 기준점을 확립했습니다. 즉, 이 아미노산들을 제거하면 단순한 영양실조와는 구별되는 특정한 대사 상태가 숙주에게 형성된다는 것입니다.

연구진은 이후 이 식이 상태가 암과 어떻게 상호작용하는지 보기 위해 이 쥐들에게 종양을 도입했습니다. 그들은 두 가지 다른 폐암 모델을 사용했습니다. 첫 번째 모델에서 종양은 식단에 민감하게 반응하여, 세린과 글리신이 부족할 때 암의 성장이 둔화되었습니다. 이 경우 쥐들은 더 오래 살았고 체중 감소도 지연되었습니다. 그러나 더 놀라운 발견은 종양이 이 식단에 완전히 저항성을 보이는 두 번째 모델에서 나타났습니다. 이 쥐들의 암은 정상적인 식단을 먹는 쥐들과 똑같이 빠르게 성장했으며, 연구 종료 시점의 종양 크기도 동일했습니다. 그럼에도 불구하고, 제한된 식단을 먹은 쥐들은 체중이 줄어들지 않았습니다. 그들은 대조군보다 훨씬 더 오랫동안 체중과 지방 저장량을 유지했습니다. 이는 소모에 대한 보호 효과가 종양이 줄어든 것에 의한 부수적인 효과가 아니라, 식단에 적응한 숙주의 몸에 의한 직접적인 결과임을 입 증했습니다.

이 보호받는 쥐들의 생물학적 기제를 더 깊이 파고들면서, 연구팀은 간이 이러한 대사 재프로그래밍의 주요 부위임을 발견했습니다. 제한된 식단을 먹는 쥐들의 경우, 간은 세포 손상으로부터 세포를 보호하는 강력한 항산화제인 글루타티온(glutathione)의 생산을 늘렸습니다. 동시에 간은 지방을 처리하는 방식을 변화시켜, 독성이 있는 산화된 부산물의 축적을 줄이는 방식으로 지질을 분해했습니다. 대조군 쥐들의 경우, 종양의 존재로 인해 해로운 지질 종들이 축적되고 전신 염증이 급증했는데, 이는 근육과 지방 손실을 일으키는 것으로 알려진 요인입니다. 제한된 식단은 이 염증의 불길을 효과적으로 가라앉혔습니다. 쥐들은 혈액 내 염증 신호 수치가 낮았고, 종양으로 달려드는 면역 세포가 적었으며, 신체 전반에 걸쳐 산화 스트레스의 증거도 적었습니다.

염증이 소모의 핵심 동력임을 확인하기 위해, 연구진은 강력한 항염증제인 덱사메타손(dexamethasone)을 처치한 별도의 쥐 그룹을 조사했습니다. 이 쥐들은 정상적인 식단을 먹었음에도 불구하고, 약물이 제한된 식단의 보호 효과를 모방했습니다. 처치된 쥐들은 제한된 식단을 먹은 쥐들처럼 체지방을 더 많이 유지했고 염증 지표도 낮았습니다. 이 실험은 두 현상을 연결했습니다. 즉, 식단이 효과를 발휘한 이유는 식단이 근육과 지방을 분해하도록 유도하는 염증 연쇄 반응을 억제했기 때문입니다. 연구진은 또한 이 식단이 조직 분해를 신호하는 화학 메신저인 특정 사이토카인(cytokines)의 수치를 감소시킨다는 점에 주목했으며, 이는 식단이 소모 과정에 브레이크를 거는 역할을 한다는 아이디어를 더욱 뒷받침했습니다.

연구는 또한 식이 변화에 특히 저항적이고 공격적인 것으로 알려진 췌장암에 대해서도 조사했습니다. 세린과 글리신의 결핍에 종양이 반응하지 않는 이 모델에서도, 제한된 식단을 먹은 쥐들은 표준 식단을 먹은 쥐들보다 더 나은 경과를 보였습니다. 그들은 내장 지방의 손실이 적었고, 근육 기능을 더 잘 유지했으며, 혈액 내 스트레스 지표도 낮았습니다. 이 식단은 숙체의 대사 탄력성을 유도하여, 종양이 방출하는 독성 신호에 신체가 덜 취약하게 만드는 것처럼 보였습니다. 이는 이 접근법이 직접적인 대사 표적화에 반응하지 않는 다양한 유형의 암 환자들에게 폭넓게 유용할 수 있음을 시사합니다.

이러한 발견은 암 관련 소모를 극복하는 유일한 방법이 칼로리 섭취를 늘리는 것이라는 오랜 가설에 도전합니다. 대신, 데이터는 특정 영양소를 제한함으로써 숙체의 대사를 질병의 스트레스를 견딜 수 있도록 준비시킬 수 있다는 모델을 가리킵니다. 산화 스트레스를 줄이고 염증 반응을 진정시킴으로써, 이 식단은 신체가 에너지 저장량과 근육량을 더 오래 보존할 수 있게 합니다. 비록 이 연구는 쥐를 대상으로 수행되었으며 인간에게도 이 결과가 적용되는지 확인하기 위한 추가 연구가 필요하지만, 이 작업은 암 치료에 대한 새로운 관점을 제공합니다. 이는 암과의 싸움이 단지 종양에 관한 것뿐만 아니라, 종양이 자라나는 대사 환경에 관한 것이며, 그 환경을 신중하게 관리하는 것이 이 파괴적인 질병에 직면한 환자들의 삶의 질을 개선하는 강력한 도구가 될 수 있음을 시사합니다.