135

어떻게 시스테인 결핍이 체중을 줄일까?

체중을 줄이기 위해 먹는 음식의 양을 줄여야 한다는 건 너무도 당연한 상식입니다. 그런데 음식의 종류도 중요하다는 걸 여러 학자들이 지적하고 있죠. 탄수화물을 줄여라 동물성 기름을 줄여라 등등 식탁에만 앉으면 머리가 복잡해질 정도입니다. 그런데 꽤 오래전부터 정확한 이유는 모르지만 메타이오닌(methionine)이 부족한 식단이 체중을 감소시킨다고 알려져 있었습니다. 첫 논문이 나올 당시에 메타이오닌의 부족이 시스테인의 부족을 유발하고 그 결과 지질대사에 중요한 역할을 담당하는 효소(SCD1)의 감소가 그 원인일 것으로 지목 했습니다(2). 이후 시스테인 결핍 식단이 염증을 완화하거나 대사질환에 도움을 준다는 논문들이 나왔지만 이런 발견에 따른 후속 제품이나 식이요법이 개발되지는 못한 것으로 알고 있습니다. 이는 아다시피 시스테인은 사람에게 꼭 필요한 아미노산입니다. 우리 체내에서 메타이오닌으로부터 만들어질 수 있지만 자칫 시스테인이 부족해지면 건강상의 문제들이 예상되기 때문에 쉽게 활용하지는 못했을 것이라 추측을 해봅니다. 그래서 시스테인이 풍부한 고기류를 피하고 채소를 권장하는 정도입니다.

이 논문에서 한가지 눈 여겨 봐야 할 부분은 특정 뇌 부위의 아드레날린 수용체에 의한 교감신경 활성화가 백색지방을 갈색지방으로 바꾼 다는 대목인 것 같습니다. 면역, 노화, 비만 등 우리 신체의 많은 부분이 자율신경계에 의해 조절되는데, 말 그대로 자율신경이다 보니 우리 마음대로 조절할 수는 없는 부분입니다. 하지만 인류는 지난 오랜 세월동안 간접적으로나마 우리의 마음을 다스리는 방법을 연구해왔고 활용하고 있습니다. 또한 삶의 의욕이 넘치게 만들기도하고, 생각 만으로도 희열을 느끼게 하는 경우들이 있습니다. 어찌 보면 추상적인 마음이 실제로 우리 건강과 삶의 질에 영향을 줄 수 있음을 보여주는 또 한편의 연구결과라고 생각됩니다(Topic no. 080, 085, 087). 이런 연구들을 보면 우리의 사고방식과 현실을 이해하고 대처하는 능력이 신체적 건강상태에 얼마나 중요한지 다시금 깨닫게 해주는 것 같습니다.

생쥐 지방세포의 시스테인 부족은 에너지대사를 촉진하여 체중을 줄이고 대사건강을 향상시키는 새로운 치료법을 제공한다.

전통적으로 체중 감량을 위한 조언으로 적게 먹고 많이 움직이라고 한다. 최근 들어서는 연구자들이 양적인 것뿐 아니라 무엇을 먹는가에 따라서도 체중 감량과 대사 건강에 영향을 줄 수 있다고 한다.

예를 들어 단백질의 단위체인 특정 아미노산, 시스테인(cystein)이나 메타이오닌(methionine)을 제한하면 사람이나 동물에서 대사 건강을 향상시킨다고 알려져 왔다(1, 2). 하지만 연구자들은 어떻게 이들 분자의 결핍이 유익한 영향을 주는지 완전히 이해하지 못하고 있었다.

이제 Nature Metabolism에 출판된 논문에 따르면 시스테인의 결핍은 교감신경계를 통해 지방저장소인 백색지방질에서 열량을 소비하는 갈색지방질로 전환시키며, 체중감량을 일으킨다고 한다(3). 이 결과는 과학자들이 대사질환 치료법으로 활용할 수 있는 신호전달 경로를 밝힌 것이다.

이 연구에 직접 관련되어 있지 않으며 Oxford University의 방문 과학자이자 의생리학자인 Amany Elshorbagy에 따르면 “이는 아주 강력하고 인상적이며 또한 완벽한 연구의 일부”이며 이 분야에 앞서간 것이라고 한다. 비록 연구자들 사이에 시스테인이 체중 감량에 관여한다는 것을 알고는 있었지만, “그들은 유력한 메커니즘을 밝힌 겁니다.” 그리고 증거들도 제공한 것이라고 첨언했다.

이 연구의 공동 저자이자 Yale School of Medicine의 Vishwa Deep Dixit’s lab.의 세포학자인 Lucie Orliaguet과 그녀의 동료들은 칼로리제한(calorie restriction)이 200여명이 참여한 이전의 연구에서 어떻게 체중을 감소시켰는지 그 기전을 연구하였다(4). 이들 지방조직의 대사체를 분석한 결과 시스테인 대사가 바뀐 것을 볼 수 있었고 이에 따라 연구자들은 시스테인과 체중 감량사이에 연결고리를 찾기 시작했다.

이를 위해, 그들은 시스테인 합성에 필요한 효소 - cystathionine gamma-lyase(CTH) – 유전자를 제거하고, 시스테인이 없는 사료를 먹였다. 이 시스테인-결핍 실험군은 대조군과 거의 같은 양의 식사를 했음에도 체중이 약 30% 정도 감소하였다. 연구자들이 CTH 유전자 결핍 생쥐에게 고지방 사료를 먹이면 비만이 된다. 하지만 그 고지방 사료에서 시스테인을 제거하면 생쥐들은 도리어 체중이 감소하였다.

“우리는 체중 감소를 기대했죠.” Orliaguet의 말이다. “하지만 이런 현상이 이렇게 극적으로 아주 빠르게 나타났다는데 우리도 놀랐습니다.”

이 극적인 영향을 좀더 이해하기 위해, 연구자들은 이 생쥐의 지방조직을 조사했고 지방을 저장하는 백색 지방질에서 에너지를 소모하는 갈색 지방질로 바뀐 것을 볼 수 있었다. 이 Cht-knockout 생쥐에게 다시 시스테인이 포함된 사료를 먹이면 갈색 지방이 백색 지방으로 다시 바뀌었다.

기존의 연구들은 신체를 자율적으로 조절하는 교감신경계가 노르아드레날린(noradrenaline = norepinephrine)을 통해 지방조직의 Beta 3-아드레날린 수용체(adrenergic receptor)를 자극하여 갈색 지방화 시킨다고 하였다. 시스테인에 의한 갈색 지방화에도 이와 비슷한 성분이 관여하는지 알아보고자, Orliaguet과 그녀의 연구진은 동물의 뇌 활성부위를 알아보았다. 이들이 관찰한 것은 대조군에 비해 시스테인-결핍 생쥐들의 뇌에서 교감신경계를 자극하는 부위들이 더 활성화되어 있음을 볼 수 있었다.

질량분석기를 이용하여 시스테인-결핍 생쥐들의 갈색지방조직에 noradrenaline농도가 높아지는 것을 알 수 있었다. Beta 3수용체를 막으면 시스테인-결핍 생쥐들의 체중 감소를 막을 수 있었고 갈색지방화도 막을 수 있었다. 이는 시스테인 결핍이 교감신경을 자극하고 그 결과 noraderenaline 신호를 통해 작용한다는 것이다.

생물실험의 결과는 확실하지만 Orliaguet는 이런 실험을 사람에겐 적용할 수는 없을 것이라고 했다. 즉, 사람의 식단에서 단백질 합성에 꼭 필요하며 주요 대사체들의 전구물질이기도 한 시스테인을 없엔다는 건 불가능하다는 것이다.

“이상적인 것은 영양학적으로 시스테인 섭취량을 줄일 수 있는 방법을 찾는 것이죠.” Orliaguet의 말이다. 완전 채식주의자(비건 veagan)나 부분 채식주의자(유제품, 계란은 먹음) 처럼 동물성 단백질을 줄이는 것이 도움이 될 것입니다. 하지만 삶에 지장이 없도록 일정량의 시스테인을 유지하는 것이 중요하죠.”라고 그녀는 경고했다.

Elshorbagy는 동의하며 다음과 같이 말을 이었다. 시스테인 제한은 생쥐에서 감량의 효과가 있다는 것은 오래전부터 알려져 있었고, “문제는 이 효과를 어떻게 사람에게 지속 가능하고 유익하게 적용하느냐 입니다.” “이 둘 사이의 간격을 연결하는 것이 우리 연구가 지향해야할 방향이라고 봅니다.”

<이글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>

Sneha Khedkar, 2025, How cysteine depletion derives cells to burn fat. The Scientist Jul. 10, 2025.

1. Olsen T, et al. Dietary sulfur amino acid restriction in humans with overweight and obesity: A translational randomized controlled trial. J Transl Med. 2024;22(1):40.

2. Elshorbagy AK, et al. Cysteine supplementation reverses methionine restriction effects on rat adiposity: Significance of stearoyl-coenzyme A desaturase. J Lipid Res. 2011;52(1):104-112.

3. Lee AH, et al. Cysteine depletion triggers adipose tissue thermogenesis and weight loss. Nat Metab. 2025;7(6):1204-1222.

4. Rochon J, et al. Design and conduct of the CALERIE study: Comprehensive assessment of the long-term effects of reducing intake of energy. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011;66(1):97-108.

5. Nedergaard J, Cannon B. The browning of white adipose tissue: Some burning issues. Cell Metab. 2014;20(3):396-407.