과학자들은 40대와 60대의 주요 연령 관련 생물학적 변화를 발견했습니다.

Nature Aging 에 최근 게재된 연구에서 싱가포르와 미국 연구진은 최첨단 다중 오믹스 기법을 사용하여 인간 노화의 비선형적 역학을 규명하기 위해 포괄적인 종단 코호트 프로파일링(n=108)을 수행했습니다. 이 연구 코호트에는 25세에서 75세 사이의 캘리포니아 거주자들이 포함되었으며, 최대 6.8년(중앙값 1.7년) 동안 추적 관찰되었습니다.

이 연구에 따르면 분자 마커의 6.6%만이 연령에 따라 선형적인 변화를 보인 반면, 상당 부분(81%)은 비선형적인 패턴을 보이며 노화 과정의 복잡성을 드러냈습니다. 분자 마커 분석 결과, 인간의 노화는 선형적인 과정이 아니며, 44세에서 60세 사이에 특정 생물학적 경로의 급격한 변화가 관찰됩니다. 예를 들어 40세에는 알코올 및 지질 대사가, 60세에는 탄수화물 대사 및 면역 조절이 나타납니다. 이러한 결과는 인간 노화와 관련된 생물학적 및 분자적 경로에 대한 전례 없는 통찰력을 제공하며, 연령 관련 만성 질환에 대한 치료적 개입을 규명하는 데 있어 중요한 진전을 의미합니다.

노화는 나이에 따른 생리적 기능의 저하로 정의되며, 당뇨병, 신경 퇴행성 질환, 암, 심혈관 질환 등 만성 질환의 위험과 발병과 관련이 있습니다.

최신 시스템 기반 고처리량 오믹스 기술을 활용한 최근 연구들은 기존의 통념과는 달리 노화가 선형적인 과정이 아니라는 것을 보여줍니다. 이 연구는 전사체학, 단백질체학, 대사체학, 그리고 미생물군집 분석을 이용하여 분자 수준에서 노화의 복잡성을 탐구했습니다. 특정 연령대는 대사 및 분자 프로파일의 유의미한 비선형적 변화에 대응하는 중요한 시점으로 작용할 수 있습니다. 예를 들어, 신경퇴행성 질환과 심혈관 질환은 40세에서 60세 사이의 인구에서 유병률이 현저히 높습니다.

이처럼 비교적 새로운 지식에도 불구하고, 지금까지의 문헌들은 노화가 선형적인 과정이라는 가정 하에 노화의 생물학적 측면에 집중되어 왔습니다. 이러한 접근 방식은 노화 관련 질병에 대한 치료적 개입을 개발하는 데 필요한 기전적 통찰력을 흐리게 만들어, 노년기에 인간의 수명과 건강을 연장하는 데 방해가 되었을 가능성이 있습니다.

본 연구의 목적은 다양한 연령대의 성인과 관련된 생물학적 및 분자적 경로의 특정 변화를 조사하기 위해 심층 다중 오믹스 프로파일링 방법을 활용하여 문헌의 공백을 메우는 것이었습니다. 본 연구는 미국 캘리포니아주에 거주하는 25세에서 75세 사이의 건강한 성인 자원 봉사자 코호트를 대상으로 수행되었습니다. 참여자는 빈혈, 심혈관 질환, 암, 정신 질환 또는 비만 수술과 같은 만성 질환의 임상 병력이 없는 사람으로 구성되었습니다.

기준 자료 수집 과정에서, 참가자의 인슐린 저항성, 당뇨병, 그리고 평균 혈당 수치를 확인하기 위해 변형 인슐린 억제 검사, 공복 혈당 검사, 그리고 헤모글로빈 A1c(HbA1C) 검사를 시행했습니다. 또한, 연구 시작 및 추적 관찰 시 참가자의 체질량 지수(BMI)를 기록하였습니다.

이 연구에는 25세에서 75세(중앙값 55.7세)의 108명(여성 51.9%)이 참여했습니다. 참가자들은 3~6개월마다 다중 오믹스 데이터 샘플을 제공했습니다(추적 기간 중앙값 1.7년, 최대 6.8년). 이러한 엄격한 종단 분석을 통해 연구진은 노화와 관련된 선형 및 비선형 분자 변화를 모두 포착할 수 있었습니다. 다중 오믹스 결과는 생물학적 노화를 특성화하는 데 비선형 접근법의 중요성을 강조했습니다. 조사된 분자 중 6.6%만이 연령과 관련된 선형 변화를 보인 반면, 81%는 비선형 패턴을 보였습니다.

이러한 분자 패턴은 7건의 다중 오믹스 연구 모두에서 놀라울 정도로 일관되게 나타났으며, 이는 심오한 생물학적 함의를 시사합니다. 분자를 시간적 유사성을 기준으로 그룹화하는 데 사용된 궤적 클러스터링 접근법은 세 개의 서로 다른 클러스터(클러스터 5, 2, 4)의 존재를 보여주었습니다.

첫 번째 클러스터에는 mRNA 및 자가포식과 관련된 전사체 모듈이 포함되었으며, 이는 60세 전후에 급격한 증가를 보였습니다. 이 경로는 세포 항상성을 유지하고 노화 관련 질병 위험 증가를 시사합니다. 두 번째 클러스터에는 혈청/혈장 포도당 수치와 혈중 요소 질소 수치를 포함하는 페닐알라닌 대사 경로가 포함되었으며, 이는 60세 전후에 유의미하게 증가하여 신장 기능 저하와 심혈관 질환 위험 증가를 시사합니다. 세 번째 클러스터에는 심혈관 건강에 중요한 카페인 대사 및 불포화 지방산 생합성과 관련된 경로가 포함되었습니다.

노화 과정에서 미생물군집과 분자 조절 장애의 피크를 더 잘 이해하기 위해 연구진은 변형된 차등 발현 슬라이딩 윈도우 분석(DE-SWAN) 알고리즘을 사용했습니다. 분석 결과, 40세와 60세 연령대에 해당하는 두 개의 뚜렷한 피크(능선)가 존재함을 확인했으며, 이는 모든 다중 오믹스 프로파일(특히 프로테오믹스)에서 일관되게 나타났습니다. 첫 번째 피크의 모듈은 알코올 및 지질 대사와 밀접한 관련이 있었고, 두 번째 피크의 모듈은 면역 체계 장애, 신장 기능, 탄수화물 대사와 관련이 있었습니다.

본 연구는 7개의 서로 다른 다중 오믹스 연구에서 입증된 바와 같이, 인간 노화와 관련된 생물학적 및 분자적 과정의 고도로 비선형적인 특성을 강조합니다. 본 연구는 40세와 60세를 중심으로 급격히 증가하는 노화 과정의 특정 패턴을 더욱 명확히 규명했다는 점에서 주목할 만합니다. 이는 생물학적으로 유의미한 알코올 및 지질 대사 조절 장애(40세)와 면역 기능 장애, 신장 기능 장애, 탄수화물 대사 장애(60세)에 상응합니다.

"이러한 풍부한 다중 오믹스 데이터와 접근법은 복잡한 노화 과정에 대한 더 깊은 이해를 제공하며, 이는 기존 연구에 가치를 더한다고 생각합니다. 그러나 이러한 연구 결과를 검증하고 확장하기 위해서는 추가 연구가 필요하며, 노화의 복잡성을 완전히 파악하기 위해 더 큰 규모의 코호트를 활용할 수도 있을 것입니다."