요약:
뼈는 신체를 지탱하고, 칼슘을 저장하고, 혈액 세포를 생성하는 등 인체에서 중요한 역할을 하지만, 과학자들은 뼈가 이전에 과소평가된 기능도 가지고 있을 수 있다는 사실을 발견했습니다. 즉, 뼈는 기계적 스트레스를 감지하여 다른 기관을 보호할 수 있는 단백질을 방출하여 몸 전체의 노화 과정에 영향을 미칩니다.
중국 연구팀의 새로운 연구에 따르면 생쥐의 경골에 정기적으로 부드럽고 규칙적인 기계적 압력을 가하면 뼈 건강이 향상될 뿐만 아니라 뇌, 간, 근육 및 면역 체계에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 치료를 받은 늙은 쥐의 평균 수명은 평균 9.4% 증가했는데, 이는 약 80일 증가에 해당합니다.
이 연구는 광저우 남부 의과대학의 과학자들이 주도하여 기계적 힘을 감지할 수 있는 뼈 세포의 일종인 골세포에 초점을 맞췄습니다. 뼈 조직 내부에 널리 분포되어 뼈의 압력과 변형을 감지할 수 있으며, 뼈 조직 대사를 조절하여 뼈가 운동과 신체 부하에 적응하도록 돕습니다.
연구원들은 생쥐와 인간 모두의 뼈 조직에서 PIEZO1 단백질 수치가 나이가 들수록 점차 감소한다는 사실을 발견했습니다. PIEZO1은 외부의 기계적 자극을 세포 내 생물학적 신호로 변환할 수 있는 기계감응성 이온채널로, 골세포가 스트레스를 감지하는 과정에서 중요한 역할을 한다.
이 메커니즘을 더 자세히 이해하기 위해 연구진은 먼저 성체 쥐 뼈 세포의 PIEZO1 채널을 화학적으로 파괴했습니다. 이 쥐들은 노화의 징후가 상당히 가속화되었으며 그 효과는 뼈 자체에만 국한되지 않는 것으로 나타났습니다. 뇌, 간, 근육 등 여러 기관도 영향을 받아 평균 수명이 암컷 쥐에서는 약 11%, 수컷 쥐에서는 13% 단축됐다.
이 발견으로 연구팀은 새로운 질문을 제기하게 되었습니다. 뼈의 기계적 압력을 감지하는 능력이 약해지면 노화가 가속화되지만, 반대로 뼈에 적당한 압력을 가하면 노화가 지연될 수 있을까요?
이 아이디어를 테스트하기 위해 연구원들은 생후 20개월부터 생쥐의 경골에 약간의 리드미컬한 압력을 가하는 특수 기계적 로딩 장치를 설계했습니다. 이 나이는 생쥐의 노령으로 간주됩니다. 실험에서는 생쥐를 마취하에 치료했으며, 연구진은 장치를 통해 경골에 작은 하중을 반복적으로 가해 몸의 변화를 관찰했다.
결과는 놀라웠습니다. 뼈에 기계적 자극을 가한 쥐는 더 오래 살았을 뿐만 아니라 혈당 조절과 뼈 구조도 개선되었습니다. 연구진은 또한 이들 쥐의 여러 기관에서 염증 지표와 세포 노화 지표가 감소한다는 사실을 발견했습니다. 이미 노화의 조짐을 보이던 면역체계도 한층 젊어진 모습을 보였다. 특히 골수에서 혈액세포를 만드는 조직에 긍정적인 변화가 나타났다.
그런 다음 연구팀은 뼈가 다른 기관에 신호를 전달하는 구체적인 메커니즘을 추가로 조사했습니다.
그들은 기계적 뼈 자극을 받은 쥐의 혈장을 다른 나이든 쥐에게 옮겼으며 후자도 건강이 어느 정도 개선되었다는 사실을 발견했습니다. 이는 뼈가 기계적으로 자극을 받은 후 전신 조직에 영향을 미칠 수 있는 생리활성 물질이 혈액에 나타날 수 있음을 보여줍니다.
많은 관심을 받고 있는 물질 중 하나가 색소상피유래인자(PEDF)입니다. 이는 다양한 조직 보호 효과를 지닌 단백질입니다. 이번 연구에서는 뼈에 기계적 부하가 가해진 후 생쥐의 혈액 내 PEDF 수치가 크게 증가한 것으로 나타났습니다. 추가 실험에서는 이 단백질을 나이든 쥐에게 직접 주입하면 여러 가지 노화 지표를 개선하고 인지 능력과 신체 활동 성능을 향상시킬 수 있음이 나타났습니다.
이는 뼈가 운동계의 수동적인 지지 구조일 뿐만 아니라 기계적 감각과 단백질 분비를 통해 전신 생리학적 조절에도 참여할 수 있음을 의미합니다. 운동의 건강상 이점은 부분적으로 근육 활동과 심폐 기능의 개선을 넘어 뼈에서 다른 기관으로 방출되는 화학적 신호에서 비롯될 수도 있습니다.
이 결과는 올해 초 또 다른 연구의 흥미로운 결과입니다. 당시 과학자들은 스스로 수축할 수 있는 작은 근육 조직을 이식함으로써 생쥐의 신진대사, 골밀도 및 기타 건강 지표가 개선되는 것을 관찰했습니다. 두 연구는 함께 주목할만한 방향을 지적합니다. 즉, 근육과 뼈는 신체가 움직일 수 있도록 할 뿐만 아니라 움직이는 동안 다른 조직에 영향을 미치는 생물학적 신호를 방출한다는 것입니다.
그러나 연구진은 현재의 결과로는 인간이 뼈를 쥐어짜는 것으로 수명을 연장할 수 있다고 직접적으로 추론할 수는 없다고 강조했습니다. 이 실험은 쥐를 대상으로 완료되었습니다. 동일한 기계적 자극 방법이 인간에게 유사한 효과를 나타낼 수 있는지 여부는 입증되지 않았으며, 이 방법이 인간의 수명을 거의 10% 연장할 수 있다는 증거도 없습니다.
게다가, 연구자들은 완전한 노화 방지 효과를 얻기 위해 뼈를 기계적으로 자극하는 데 PEDF가 필요한지 여부를 결정하지 못했습니다. 다른 단백질, 면역 체계 변화 및 다른 세포 신호 전달 경로도 관련될 수 있습니다.
또한 연구에서는 일주일에 두 번 정강이에 스트레스를 가하는 것이 걷기, 수영 또는 근력 운동의 전반적인 건강상의 이점을 대체할 수 있다는 사실을 입증하지 못했습니다. New Atlas는 실제 관심사는 뼈가 어떤 특별한 방식으로 압착되는 것이 아니라 이번 연구가 신체 활동과 뼈의 기계적 인식 사이의 깊은 연관성을 더욱 드러낸다는 점을 지적합니다.
향후 연구를 통해 인간에게서 이 메커니즘을 확인할 수 있다면 과학자들은 뼈의 기계적 감각 시스템을 표적으로 하는 치료법을 개발하여 질병, 이동성 장애 또는 신체적 쇠퇴로 인해 규칙적인 운동에 참여하기 어려운 사람들에게 새로운 건강 중재 방법을 제공할 수 있을 것입니다.
관련 연구 결과가 'Cell Metabolism' 저널에 게재되었습니다. 이 연구는 운동이 노화를 지연시킬 수 있는 이유를 이해하기 위한 새로운 생물학적 설명을 제공합니다. 이는 또한 뼈가 전통적인 인지보다 훨씬 더 활동적일 수 있음을 시사합니다. 신체를 지탱할 뿐만 아니라 화학적 신호를 방출하여 신체 전체의 건강을 유지하는 데에도 참여할 수 있습니다.
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