갈색지방이란 — 목덜미에서 열을 내는 지방, 5만 2천 명 데이터와 암 대사 연구

어른에겐 없다던 지방, 2009년에 돌아오다

갈색지방(brown adipose tissue, BAT)은 원래 아기의 조직으로 알려져 있었다. 갓난아기는 몸을 떨어서 체온을 올리는 근육 기능이 아직 덜 자랐다. 대신 목과 등, 어깨뼈 사이에 갈색지방을 지니고 태어나 그것을 태워 스스로를 데운다. 신생아를 다루는 교과서에서는 오래전부터 다뤄 온 이야기다.

문제는 그다음이었다. 성인 부검 조직에서는 갈색지방이 잘 보이지 않았고, 그래서 "사람은 자라면서 갈색지방을 잃는다"가 오랫동안 정설로 자리 잡았다. 이 정설이 무너진 계기는 뜻밖에도 암 진단 장비였다.

암 환자의 병기를 확인할 때 쓰는 PET-CT는 포도당과 비슷하게 생긴 물질(18F-FDG)을 주사한 뒤, 그것을 많이 끌어다 쓰는 부위를 영상으로 보여 준다. 암 덩어리를 찾아내기 위한 검사다. 그런데 판독의들은 오래전부터 이상한 현상을 보고해 왔다. 암과 무관하게, 목과 쇄골 주변에서 대칭적으로 밝게 빛나는 부위가 종종 잡혔던 것이다. 겨울에 찍은 영상에서, 마른 사람에게서, 특히 더 자주 나타났다.

처음에는 판독을 방해하는 잡음 정도로 취급됐다. 그 정체가 갈색지방이라는 것이 조직 검사와 함께 확정된 것이 2009년이다. 그해 4월 New England Journal of Medicine 같은 호에 세 연구팀의 논문이 나란히 실렸다. 네덜란드의 van Marken Lichtenbelt 연구팀, 핀란드의 Virtanen 연구팀, 미국의 Cypess 연구팀이었다. 접근 방식은 조금씩 달랐지만 결론은 하나로 모였다.

정설이 뒤집힌 이유가 흥미롭다. 갈색지방은 필요할 때만 켜지는 조직이다. 난방이 잘 된 검사실에서 편안하게 누워 있는 성인의 갈색지방은 꺼져 있다. 관찰 방법이 조직의 성질과 맞지 않으면, 있는 것도 없는 것으로 보인다. 의학사에서 반복되는 종류의 오류다.

흰 지방과 갈색지방은 무엇이 다른가

지방이라는 한 단어로 묶여 있지만, 두 조직은 하는 일이 정반대에 가깝다. 흰 지방은 남는 에너지를 저장하고, 갈색지방은 에너지를 태워 없앤다.

갈색지방에 혈관과 교감신경이 촘촘하다는 점은 그냥 지나칠 대목이 아니다. 열을 만들려면 연료와 산소가 계속 들어와야 하고, 만든 열을 몸 전체로 실어 날라야 한다. 그래서 갈색지방은 지방 조직이라기보다 작은 발열 기관에 가깝게 설계돼 있다. 추위를 느끼면 교감신경이 노르아드레날린을 뿌리고, 그 신호를 받아 갈색지방이 켜진다.

베이지 지방이라는 중간 형태

이야기를 더 복잡하게 만드는 세 번째 종류가 있다. 베이지 지방(beige fat)이다. 원래는 흰 지방이 모여 있던 자리인데, 추위나 운동 같은 자극이 반복되면 그 안에서 갈색지방과 비슷하게 열을 내는 성질을 띠는 세포가 나타난다. 태어날 때부터 정해진 조직이 아니라 상황에 따라 성질이 바뀌는 쪽에 가깝다.

연구자들이 이 베이지 지방에 관심을 두는 이유는 분명하다. 타고난 갈색지방의 양은 마음대로 바꾸기 어렵지만, 베이지 지방은 후천적으로 늘릴 여지가 있어 보이기 때문이다. 다만 사람에게서 이것을 안전하고 지속적으로 늘리는 방법은 아직 확립되지 않았다.

열은 어떻게 만들어지나 — UCP1이라는 구멍

지방이 무슨 수로 열을 만들까. 답은 세포 안의 미토콘드리아에 있다.

미토콘드리아는 우리가 먹은 것을 태워 에너지를 뽑아내는 작은 발전소다. 발전 방식은 의외로 물리적이다. 영양분을 분해하며 얻은 힘으로 수소 이온을 막 바깥으로 퍼내, 막을 사이에 두고 농도 차이를 만든다. 댐에 물을 채워 두는 것과 같다. 이 이온이 다시 안쪽으로 흘러 들어올 때 그 흐름이 발전기를 돌리고, 그렇게 ATP라는 형태의 에너지 배터리가 충전된다.

갈색지방의 미토콘드리아에는 여기에 없어야 할 것이 하나 더 있다. UCP1(uncoupling protein 1)이라는 단백질이다. 이름 그대로 짝풀림 단백질, 즉 연결을 끊어 놓는 단백질이다. UCP1은 막에 구멍을 하나 만든다. 그러면 수소 이온이 발전기를 거치지 않고 그 구멍으로 그냥 새어 들어온다.

이 방식을 비떨림 열생성(non-shivering thermogenesis)이라고 부른다. 근육을 떨지 않고도 열을 만든다는 뜻이다. 갓난아기가 추울 때 어른처럼 덜덜 떨지 않으면서도 체온을 유지하는 이유가 여기에 있다.

UCP1이 이 이야기의 핵심 부품이라는 점은 기억해 둘 만하다. 뒤에 나올 암 연구에서, UCP1 유전자를 없앤 생쥐에서는 추위의 효과가 통째로 사라졌다. 열을 못 만들면 연료도 쓰지 않고, 그러면 뒤따르는 변화도 일어나지 않는다. 인과의 사슬을 확인하는 실험이었다.

5만 2천 명의 PET-CT가 말한 것

갈색지방이 어른에게도 있다는 것까지는 확인됐다. 그렇다면 있는 사람과 없는 사람의 건강이 실제로 다른가. 이 질문에 지금까지 가장 큰 규모로 답한 것이 2021년 1월 Nature Medicine에 실린 분석이다.

연구팀은 새로 실험을 하지 않았다. 대신 이미 쌓여 있던 영상을 뒤졌다. 암 진단이나 추적검사를 위해 촬영해 둔 PET-CT 영상 134,529건, 환자 52,487명분이다. 판독 기록에서 갈색지방이 잡힌 사람과 잡히지 않은 사람을 가르고, 나이·성별·체질량지수·검사 시기 같은 조건을 맞춰 짝지어 비교했다.

갈색지방이 검출된 사람은 약 10%였다. 연구팀은 이 수치가 실제보다 낮게 잡혔을 것이라고 봤다. 검사 전에 환자들에게 추위 노출과 운동, 카페인을 피하라고 안내하기 때문이다. 갈색지방을 켜는 자극을 일부러 차단한 상태에서 찍은 영상이라, 켜져 있는 사람만 우연히 걸린 셈이다.

결과 — 한쪽으로 몰린 숫자

가장 눈에 띈 것은 체중이 많이 나가는 사람들에서 나타난 차이였다. 비만이면서 갈색지방이 없는 쪽은 약 20%가 2형 당뇨였는데, 똑같이 비만이어도 갈색지방이 있는 쪽은 8%가 채 되지 않았다. 비만이면서 갈색지방이 있는 사람의 당뇨 유병률이, 비만이 아니면서 갈색지방이 없는 사람과 비슷한 수준이었다.

연구팀은 갈색지방이 비만의 해로운 영향을 어느 정도 상쇄해 주는 것이 아니냐고 해석했다. 체중계 숫자로는 보이지 않는 차이가 몸 안에 있었다는 이야기다.

암을 굶긴다는 가설 — 포도당 쟁탈전

2022년 8월, Nature에 훨씬 도발적인 연구가 실렸다. 카롤린스카 연구소 등이 참여한 Seki 연구팀의 논문으로, 제목을 그대로 옮기면 "추위로 바뀐 전신 대사를 통한 갈색지방 매개 종양 억제"다.

가설의 원리는 의외로 단순하다. 암세포는 포도당을 대량으로 소비하며 자란다. 앞에서 말한 PET 검사가 암을 찾아내는 원리 자체가 그것이다. 포도당 비슷한 물질을 주사하면 종양이 가장 진하게 빨아들이므로 화면에 환하게 뜬다. 암이 포도당을 많이 쓰는 대사 방식을 택한다는 관찰은 100년 가까이 알려진 현상(바르부르크 효과)이기도 하다.

그런데 갈색지방도 열을 만들려면 포도당이 필요하다. 그것도 아주 많이. 그렇다면 같은 연료를 두고 경쟁이 붙지 않을까. 연구팀은 이 질문을 실험으로 옮겼다.

정리하면 이렇다. 추위가 갈색지방을 켠다. 갈색지방이 혈액 속 포도당을 대량으로 끌어다 태운다. 혈당이 떨어진다. 포도당에 의존하던 종양이 연료 부족을 겪는다. 이 사슬의 어느 고리를 끊어도(UCP1 결손, 갈색지방 제거, 포도당 보충) 효과가 사라졌다는 점이 이 연구의 설득력이다.

사람에서는 어디까지 확인됐나

여기서부터가 가장 중요하다. 생쥐에서 사람으로 건너오는 순간, 확실성은 급격히 낮아진다.

같은 연구에는 사람을 대상으로 한 예비 관찰이 함께 실렸다. 두 부분이다.

• 건강한 지원자 6명 — 반팔과 반바지 차림으로 16도로 맞춘 방에서 하루 최대 6시간씩 2주간 지냈다. 영상에서 목과 척추, 가슴 부위의 갈색지방이 뚜렷하게 활성화됐다. 사람에게도 가벼운 추위로 갈색지방을 켤 수 있다는 것을 보여 주는 부분이다.
• 항암치료를 받던 호지킨 림프종 환자 1명 — 22도 환경에서 일주일을 지내자 갈색지방이 활성화되고 종양의 포도당 섭취가 뚜렷하게 줄었다. 이어 28도의 따뜻한 환경에서 나흘을 지내자 종양 쪽 섭취가 다시 올라갔다.

추위 노출을 치료로 시도하는 것이 왜 위험한지도 짚어 둘 필요가 있다. 항암치료 중인 몸은 면역과 체력이 모두 떨어져 있고, 추위는 그 자체로 스트레스 자극이다. 혈관을 수축시켜 혈압을 올리고 심장 부담을 늘리기도 한다. 고혈압이나 심혈관 질환이 있는 사람, 고령자에게는 특히 주의가 필요한 자극이다. 연구실의 통제된 조건과 집에서 임의로 하는 시도는 같은 것이 아니다.

반론도 만만치 않다 — "그 정도로는 부족하다"

갈색지방 이야기는 대중 매체에서 자주 과장되지만, 연구자들 사이에서는 오히려 공개적인 논쟁이 벌어지고 있는 주제다. 2023년 Journal of Clinical Investigation은 이 주제를 두고 찬반 관점을 나란히 실었다. 양쪽을 함께 보는 편이 정확하다.

회의적인 쪽 — 사람의 갈색지방은 너무 작다

• 양이 적다. 급성 추위 노출에서 대사적으로 활동하는 갈색지방은 성인 기준 50~150mL 수준이고, 강도 높은 냉순응 훈련을 해도 550mL 안팎으로 추산된다.
• 태우는 열량이 적다. 현실적인 가벼운 추위 조건에서는 하루 12~46kcal 정도로 추산된다. 추위로 몸 전체가 쓰는 에너지(하루 약 1,440kcal 추산)의 3%에 못 미치는 몫이다.
• 전신 대사에서 차지하는 비중이 작다. 지속적인 추위 실험에서도 전신 포도당·지방산·중성지방 제거량의 1% 미만을 담당한다는 계산이다.
• 포도당 섭취가 곧 열 생산은 아니다. PET에서 잡히는 포도당 섭취는 상당 부분 젖산이나 중성지방으로 바뀌며, 인슐린도 열 생산과 무관하게 갈색지방의 포도당 섭취를 늘린다. 영상 신호와 실제 열생성이 같지 않다는 지적이다.
• 인과가 반대일 수 있다. 대사가 나쁜 사람은 갈색지방의 포도당 섭취가 줄어 영상에서 안 잡힐 수 있다. 그렇다면 "갈색지방이 없어서 병이 생긴" 것이 아니라 "병이 있어서 안 보인" 것이 된다.

추위에 대응하는 열 생산은 갈색지방 혼자 하는 일이 아니라는 점도 이들의 근거다. 근육의 떨림, 흰 지방의 지질 순환, 간의 대사가 함께 움직이며 그 안에서 갈색지방의 몫은 작다는 것이다.

긍정적인 쪽 — 크기가 작아도 효과는 관찰된다

• 냉순응 시험 — 2형 당뇨가 있는 사람들에게 10일간 냉순응을 시행하자 갈색지방 활성과 함께 말초 인슐린 감수성이 40% 넘게 개선됐다는 보고가 있다.
• 약물 시험 — 갈색지방을 자극하는 것으로 알려진 약(미라베그론)을 여성 14명에게 4주간 투여한 시험에서 검출되는 갈색지방 양이 두 배로 늘고 안정시 에너지 소비가 증가했다. 비만한 참가자 13명에게 12주간 투여한 다른 시험에서는 경구 당부하 결과와 당화혈색소, 인슐린 감수성이 개선됐다.
• 신호물질 경로 — 추위 노출이 12-HEPE 같은 생리활성 지질의 생산을 늘려, 지방세포와 골격근의 포도당 섭취를 촉진한다는 기전이 제시됐다.
• 전향적 관찰 — 추위로 유도한 갈색지방 활성이 심혈관 위험 요인 수치와 반대 방향으로 움직였다는 추적 자료도 있다.

흥미로운 것은 긍정적인 쪽조차 체중에 대해서는 신중하다는 점이다. 사람의 갈색지방은 체중의 0.1~0.5% 수준이고, 갈색지방을 늘린 시험에서도 식욕이나 체중에는 변화가 없었다는 결과가 보고됐다. "갈색지방을 늘려서 살을 뺀다"는 이야기는 현재 근거로 뒷받침되지 않는다. 논쟁의 초점은 체중이 아니라 혈당과 인슐린 감수성 쪽에 있다.

그래서 일상에서 무엇을 할 수 있나

여기까지 읽고 나면 "그럼 추운 데서 지내면 되겠네"로 건너뛰기 쉽다. 그 결론은 근거보다 훨씬 앞서 나간 것이다. 확인된 것과 확인되지 않은 것을 구분해서 정리한다.

연구에서 실제로 쓰인 조건

• 사람 지원자 실험의 조건은 16도에서 하루 2~6시간, 2주간이었다. 가벼운 옷차림으로 통제된 환경에서 진행됐다.
• 환자 관찰의 조건은 22도에서 일주일이었다. 얼음물이나 극단적인 저온이 아니라, 여름 냉방 실내와 비슷한 온도다.
• 어느 실험도 찬물 샤워나 얼음 목욕을 근거로 삼지 않았다. 그런 방식이 갈색지방에 더 좋다는 근거는 이 연구들에 없다.

합리적으로 말할 수 있는 것

갈색지방은 서늘한 환경에서 켜지고 따뜻한 환경에서 꺼지는 조직이다. 이것은 여러 연구에서 반복 확인된 사실이다. 현대인이 하루 대부분을 냉난방으로 온도가 고정된 실내에서 보낸다는 점을 생각하면, 몸이 온도 변화에 반응할 기회 자체가 거의 없다는 지적은 타당하다.

그래서 겨울에 실내 온도를 지나치게 높이지 않는 것, 아침저녁의 서늘한 공기를 잠깐 쐬는 것 정도는 무리 없는 생활 습관이다. 다만 그 정도의 노출이 연구에서 본 만큼의 대사 변화를 만든다는 근거는 없다. 실험은 하루 몇 시간씩 2주간의 통제된 노출이었고, 창문을 잠깐 여는 것과는 강도가 다르다.

하지 말아야 할 것

• 암 치료 목적의 추위 노출 — 근거가 생쥐와 환자 한 명이다. 표준치료를 미루거나 대체하는 선택은 위험하다.
• 항암치료 중 임의의 추위 노출 — 체력과 면역이 떨어진 상태에서 추위는 부담이 된다. 시도 전에 반드시 주치의와 상의해야 한다.
• 고혈압·심혈관 질환이 있는 경우의 급격한 저온 — 추위는 혈관을 수축시키고 혈압과 심장 부담을 올린다. 겨울철 심혈관 사고가 느는 이유이기도 하다.
• 갈색지방 활성화를 내세운 보조제 — 사람에게 갈색지방을 안전하게 늘려 준다고 입증된 일반 판매 제품은 없다.
• 체중 감량 기대 — 앞서 정리한 대로 근거가 뒷받침하지 않는다.

정리 — 확인된 것과 아직 아닌 것

확인된 것

• 성인에게도 갈색지방이 있다. 2009년 NEJM에 실린 세 편의 논문이 확인했고, 위치는 목·쇄골 위·척추 주변·가슴이다.
• 갈색지방은 UCP1이라는 단백질로 미토콘드리아의 에너지 회로를 짧게 끊어, 그 에너지를 열로 흩어 버린다.
• 갈색지방은 추위에서 켜지고 따뜻한 환경에서 꺼진다. 사람에서도 가벼운 추위로 활성화가 확인됐다.
• 대규모 영상 분석(52,487명)에서 갈색지방이 검출된 사람은 2형 당뇨·이상지질혈증을 비롯한 심혈관대사 질환의 유병률이 낮았다.

아직 확인되지 않은 것

• 인과관계 — 대규모 분석은 관찰연구다. 갈색지방이 병을 막은 것인지, 건강한 몸에서 갈색지방이 잘 보인 것인지 아직 결론이 없다.
• 임상적 크기 — 사람의 갈색지방이 태우는 열량은 하루 수십 kcal 수준이라는 추산이 있고, 그 정도로 질병을 좌우할 수 있느냐를 두고 연구자들이 공개적으로 논쟁 중이다.
• 암에 대한 효과 — 종양 억제는 생쥐 실험 결과다. 사람에서는 환자 한 명에게서 종양의 포도당 섭취가 온도에 따라 변한 것을 관찰한 예비 단계다.
• 체중 감량 — 갈색지방을 늘린 시험에서 체중과 식욕에는 변화가 없었다는 보고가 있다.
• 안전하고 지속적인 활성화 방법 — 일상 수준의 온도 노출로 어느 정도의 효과가 나는지, 누구에게 안전한지는 아직 정리되지 않았다.

이 주제가 흥미로운 이유는 결과가 화려해서가 아니라, 몸을 바라보는 관점을 하나 바꿔 놓기 때문이다. 지방은 남는 것을 쌓아 두는 창고라고만 배웠는데, 그중 일부는 에너지를 일부러 태워 없애는 기관이었다. 게다가 그 기관은 우리가 온도를 항상 일정하게 맞춰 두면서 점점 쓸 일이 없어지고 있다. 아직 답보다 질문이 많은 영역이고, 지금 단계에서 정직한 문장은 이것이다. 몸 안에 스스로 연료를 태우는 장치가 있고, 그것이 서늘한 환경에서 깨어난다는 사실까지가 확인된 것이다.

자주 묻는 질문

참고 자료

• Becher T, et al. "Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health." Nature Medicine 27, 58–65 (2021). DOI: 10.1038/s41591-020-1126-7
• Seki T, et al. "Brown-fat-mediated tumour suppression by cold-altered global metabolism." Nature 608, 421–428 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05030-3
• Cypess AM, et al. "Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans." N Engl J Med 2009;360:1509–1517.
• van Marken Lichtenbelt WD, et al. "Cold-activated brown adipose tissue in healthy men." N Engl J Med 2009;360:1500–1508.
• Virtanen KA, et al. "Functional brown adipose tissue in healthy adults." N Engl J Med 2009;360:1518–1525.
• Carpentier AC, Blondin DP. "Human brown adipose tissue is not enough to combat cardiometabolic diseases." J Clin Invest (2023). DOI: 10.1172/JCI175288
• "Does activating brown fat contribute to important metabolic benefits in humans? Yes!" J Clin Invest (2023). DOI: 10.1172/JCI175282
• Cell Press. "Cold exposure as anti-cancer therapy." Cancer Cell (2022) — 위 Nature 논문에 대한 해설