의학의 아버지인 히포크라테스는 ‘음식이 못 고치는 병은 약으로도 못 고친다’고 말했다지만 아무리 좋은 음식을 먹어도 약이 없으면 못 고치는 병이 많은 게 현실이다. 음식이 건강에 미치는 영향은 병의 치료보다는 예방에서 더 크지 않을까. 평소 좋은 음식을 적당히 먹으면 질병, 특히 대사질환에 걸릴 위험성을 크게 낮춰주기 때문이다.
그럼에도 큰 병에 걸린 사람들은 특정 음식이 좋다는 정보를 외면하기 어렵다. 극단적인 주장을 하는 사람들은 약이나 수술 같은 현대 의학의 치료를 받지 말고 음식으로 고치라고 부추기기도 한다. 이런 주장에 흔들리는 환자나 가족들은 주변에서 구할 수 없는 음식(주로 천연물)을 터무니없이 비싼 돈을 주고 사 먹기도 한다. 이런 음식 대다수는 별 효과가 없거나 때로 심각한 부작용을 일으킨다.
이런 정보에 흔들리는 환자 앞에서 주치의는 심지어 “홍삼도 먹지 말라”며 언짢아한다. 식단에 대한 조언을 구해도 “골고루 잘 먹으면 된다”며 말을 끊는다. 치료는 약과 수술 같은 의료 행위의 몫이지 음식의 영역이 아니라는 말이다. 질병의 진행과 치료에 미치는 음식의 영향에 대한 이런 극단적인 관점들이 환자를 더 힘들게 한다.
그런데 최근 과학이 이 문제를 정면으로 다루고 있다. 결론부터 말하면 음식이 약이나 수술을 대신할 수는 없지만 치료 효과에 큰 영향을 미칠 수 있어 좀 더 심층적인 연구가 필요하다는 것이다. 지난주 학술지 ‘네이처’에도 식단이 암의 진행에 미치는 영향을 생리 메커니즘 규명해 설명한 연구 결과가 실렸다.
○ 주연은 아니지만 무시 못 할 조연
지금까지 연구에 따르면 특정 영양분의 공급을 차단하는 게 암 증식을 억제하고 치료 효과를 높이는 데 꽤 도움이 되는 것으로 보인다. 특히 생체 에너지의 원료인 포도당을 줄이면 암세포가 힘을 못 쓴다. 그래서 나온 전략이 칼로리 제한(또는 단식)과 극단적인 저탄고지 식단인 케톤식이(ketogenic diet)다.
지난해 ‘네이처’에 실린 한 논문을 보자. 사람 유방암 세포를 이식받은 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽은 매일 마음대로 먹게 하고 다른 한쪽은 일주일에 이틀을 굶긴다. 32일 뒤 종양 무게를 비교하자 단식 그룹이 마음대로 먹은 그룹의 절반 수준이었다. 단식으로 일정 기간 영양공급이 끊기면서 암의 증식 속도가 뚝 떨어졌다는 말이다.
타목시펜이나 풀베스트란스 같은 항암제로 치료할 때도 음식이 상당히 영향을 미친다. 마음대로 먹는 생쥐들에게 이들 항암제를 투여하면 종양 증식이 억제되지만, 32일 뒤 종양 무게가 대조군의 절반 수준으로 단식과 효과가 비슷하다. 그런데 단식 그룹에 항암제를 투여하면 역시 대조군(이 경우 단식만 한 그룹)의 절반 수준으로 떨어진다. 마음대로 먹고 항암제를 투여하지 않은 그룹과 비교하면 종양 무게가 20%(단식+타목시펜), 30%(단식+풀베스트란스) 수준이다.
식사량뿐 아니라 질도 항암제 효과에 영향을 미친다. 특히 탄수화물 비율이 높은 식단은 항암제의 효과를 반감시키는 것으로 알려져 있다. 그런데 그 메커니즘에 대해 새로운 시각이 떠오르고 있다. 항암제의 공격을 받는 암세포가 포도당을 섭취하고 기운을 차린다는 기존 설명에 더해 혈당 상승이 인슐린 수치를 높여 항암제의 효과를 반감시킨다는 발견이 더해졌다.
2018년 ‘네이처’에는 항암제의 한 유형인 PI3K억제제가 생각보다 잘 안 듣는 이유를 규명한 논문이 실렸다. PI3K는 세포의 성장과 분열, 생존에 관여하는 효소로 많은 암세포에서 과잉 활성을 보인다. 따라서 그 작용을 억제하는 약물은 암세포 배양 실험에서는 놀라운 효과를 보였지만 막상 임상에서는 기대에 미치지 못했다.
여러 실험을 통해 PI3K억제제가 혈당 수치를 높이는 작용도 한다는 게 발견됐다. 그 결과 췌장에서 인슐린 분비가 늘어난다. 인슐린은 암세포 표면에 있는 수용체에 달라붙어 PI3K를 활성화하라는 신호를 보낸다. PI3K억제제의 부수적인 작용(혈당 상승)이 돌고 돌아 본래 작용을 반감시키는 결과를 낳는다는 말이다.
이때 당뇨병치료제인 메트포르민을 투약하면 인슐린 수치를 다소 낮출 수 있지만 효과는 그리 크지 않다. 그런데 탄수화물을 거의 섭취하지 않는 케톤식이를 하자 인슐린 수치가 뚝 떨어지며 PIK3억제제의 약발이 제대로 듣는 것으로 나타났다. 이처럼 케톤식이의 암 억제 효과가 강력한 것 같아도 항암제 없이 케톤식이만 하면 별 효과가 없다. 음식은 뛰어난 조연이 될 수 있지만, 조연만으로는 드라마를 찍을 수 없다는 말이다.
○ 꾸준히 실천할 수 있는 식단 찾아야
그런데 단식이나 케톤식이가 꾸준히 실천하기에는 꽤 부담스러운 방법들이라는 게 문제다. 단식은 환자의 몸 상태에 따라 전문가가 실행 여부를 결정해야 하고 케톤식이는 칼로리에서 지방 비율이 90%나 돼 먹기도 어려울뿐더러 지속하면 장 건강이 나빠질 수 있다.
이런 측면에서 지난주 ‘네이처’에 실린 논문이 주목된다. 칼로리제한 저혈당식이와 케톤식이가 종양 성장에 미치는 영향을 비교한 동물실험이다. '저혈당 식이'란 음식 섭취 뒤 혈당 수치 증가가 완만한 식단이다.
비교 기준이 되는 대조군 식단은 탄수화물 64%, 지방 17%, 단백질 19%인 전형적인 고탄저지로 오늘날 많은 사람들이 먹고 있는 조성이다. 칼로리제한 저혈당식이는 섭취 칼로리를 마음대로 먹는 양 평균의 60% 수준으로 제한한 처방으로, 줄인 40%가 모두 탄수화물이다. 탄수화물만 보면 3분의 1 수준으로 줄어 섭취 뒤 혈당 상승이 완만해져 저혈당식이라고 부른다. 이를 백분율로 환산하면 중탄중지 식단이 된다(탄수화물 41%, 지방 28%, 단백질 31%). 한편 케톤식이는 극단적인 저탄고지로 탄수화물 1%, 지방 90%, 단백질 9% 조성이다.
생쥐의 피하층에 사람 췌장암 세포를 이식한 뒤 세 그룹으로 나눠 각각 제한 없는 고탄저지, 칼로리제한 저혈당식이, 제한 없는 케톤식이를 실시한 뒤 수주에 걸쳐 종양 성장을 비교했다. 그 결과 칼로리제한 저혈당식이만이 종양 성장을 유의미하게 억제했다(대조군의 3분의 1 크기). 반면 케톤식이는 약간 작았지만 통계적으로는 무의미한 수준이다. 이런 큰 차이는 어디서 비롯될까.
칼로리제한 저혈당식이와 케톤식이가 혈당 수치와 인슐린 수치를 떨어뜨리는 효과는 비슷했다. 간에서 지방의 구성성분인 글리세롤이나 단백질 성분인 아미노산으로 포도당을 합성해 공급하므로 케톤식이에서도 혈당 수치가 바닥은 아니다. 연구자들은 혈액과 암 조직에서 다양한 영양성분의 농도를 비교했고 그 결과 케톤식이에서 각종 지방산 농도가 더 높았다. 극단적인 고지방식이이므로 어찌 보면 당연한 결과다.
연구자들은 이 가운데 단일불포화지방산(이중결합이 하나)인 팔미톨레산과 올레산을 주목했다. 세포막을 비롯해 여러 막을 이루는 지질의 주성분인 팔미톨레산과 올레산이 암세포의 증식에도 꼭 필요하다는 게 최근 밝혀졌기 때문이다. 포도당이 증식에 필요한 에너지를 주는 연료라면 팔미톨레산과 올레산은 벽돌인 셈이다.
세포가 성장하고 분열하려면 단일불포화지방산이 있어야만 하므로 섭취가 부족할 때를 대비해 인체에는 포화지방산을 단일불포화지방산으로 바꿔주는 효소인 SCD가 존재한다. 예상대로 단일불포화지방산 수요가 큰 암세포에서 SCD의 활성이 높다. 한편 다중불포화지방산(이중결합이 둘 이상)을 단일불포화지방산으로 바꿔주는 효소는 없다.
흥미롭게도 칼로리제한 저혈당식이와 케톤식이 모두 SCD 활성을 억제하는 것으로 나타났다. 칼로리제한 저혈당식이를 하면 혈당과 인슐린 수치가 떨어질 뿐 아니라 단일불포화지방산 수치도 떨어져 암세포의 증식을 효과적으로 억제한다는 말이다. 반면 케톤식이는 SCD의 활성은 억제하지만 대신 단일불포화지방산을 직접 공급하므로 그 효과가 상쇄된다. 에너지는 부족해도 벽돌은 충분하므로 암세포 증식을 누르기 어렵다.
연구자들은 칼로리제한 저혈당식이에서 지방의 비율을 높여 저탄고지(탄수화물 12%, 지방 57%, 단백질 31%)로 조성을 바꿔봤다. 벽돌 공급 가설에 따르면 중탄중지 조성에 비해 종양 성장 억제 효과가 약해질 것이다. 실제 결과 역시 그렇게 나왔는데, 첨가하는 지방의 종류에 따라 정도가 달랐다. 단일불포화지방산 비율이 낮은 콩기름을 더했을 때는 종양 성장 억제 효과가 미미하게 줄었지만, 단일불포화지방산이 꽤 들어있는 팜유(야자기름)를 더했을 때는 억제 효과가 꽤 약해졌다. 이 역시 벽돌 공급 가설에 부합하는 결과다.
식단이 암 진행과 치료에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 초창기이지만 작용 메커니즘까지 제시한 이번 결과는 시사하는 바가 크다. 단식이나 케톤식이 이상으로 효과가 있으면서도 상대적으로 실천하기 쉬운 길이 있기 때문이다. 예를 들어 위의 연구 결과에 따라 칼로리제한 저혈당식이를 지향해 중탄중지 식단으로 소식을 하면 암 치료나 치료 뒤 재발 방지에 큰 도움이 될지도 모른다. 앞으로 이 효과를 확인할 임상시험이 진행되지 않을까.
미국 맥길대 종양학과 마이클 폴랙 교수는 2018년 ‘네이처’에 기고한 해설에서 “유전자 변이가 비슷한 종양에서도 환자에 따라 항암제 효과가 큰 차이를 보인다”며 “식단의 차이가 암 치료에 대한 반응의 가변성에 작용했을 것”이라고 썼다. 앞으로 ‘종양 영양학’ 분야가 뜰 것 같다는 예감이 든다.
강석기 과학칼럼니스트 (kangsukki@gmail.com). LG생활건강연구소에서 연구원으로 근무했으며, 2000년부터 2012년까지 동아사이언스에서 기자로 일했다. 2012년 9월부터 프리랜서 작가로 활동하고 있다. 직접 쓴 책으로 《강석기의 과학카페》(1~7권),《생명과학의 기원을 찾아서》가 있다. 번역서로는 《반물질》, 《가슴이야기》, 《프루프: 술의 과학》을 썼다
