흡연과 후성유전학: 담배가 DNA를 바꾸는 방식

짧은 답: 흡연은 유전자를 켜고 끄는 데 관여하는 화학적 표지인 DNA 메틸화를 수천 곳에서 바꿔요. 약 16,000명을 대상으로 한 가장 큰 연구에서 혈액 속 이런 변화의 대부분은 금연 5년 안에 담배를 피운 적 없는 사람의 수준을 향해 돌아갔고, AHRR 유전자를 포함한 소수는 30년이 지나도 여전히 달랐어요.

담배 연기 속 발암물질이 DNA를 손상시키고 돌연변이를 일으킨다는 것은 많은 사람이 알아요. 흡연은 DNA 서열을 바꾸지 않으면서 유전자가 조절되는 방식도 바꿔요. 연구자들은 이런 변화가 건강에 어떤 의미인지 아직 밝혀내는 중이지만, 변화가 얼마나 많은지, 얼마나 회복되는지에 대해서는 꽤 많은 것을 알아냈어요.

후성유전학이란

유전체(DNA 서열)는 몸의 모든 세포에서 거의 같아요. 폐 세포가 간 세포와 다른 이유는 DNA가 아니라, 어떤 유전자가 켜지고 꺼지는지, 그리고 얼마나 활발하게 발현되는지에 있어요. 이 조절의 일부는 후성유전 표지가 맡아요. DNA나, DNA가 감겨 있는 히스톤 단백질에 생기는 화학적 변형이에요.

가장 많이 연구된 후성유전 원리는 DNA 메틸화예요. DNA의 시토신 염기에 메틸기(CH3)가 붙는 것으로, 보통 CpG 부위(시토신 뒤에 구아닌이 오는 곳)에서 일어나요. 메틸화는 대체로 유전자 발현을 줄여요.

핵심은 이래요.

후성유전 표지는 유전돼요(세포가 분열할 때 딸세포로 전해져요)
환경, 식단, 화학물질 노출, 생활 습관에 따라 바뀔 수 있어요
어떤 표지는 다른 표지보다 더 잘 되돌아가요

흡연이 DNA 메틸화를 바꾸는 방식

연구자들은 타르 화합물(PAH)과 활성산소종을 포함한 연기 속 화학물질이 DNA를 손상시키고, 그 화학물질에 맞서는 세포의 방어 반응을 일으키는 두 경로로 메틸화를 바꾼다고 봐요. 정확한 경로는 아직 밝혀지는 중이에요.

지금까지 가장 큰 연구는 코호트 16개, 15,907명의 혈액 샘플을 모았어요. 현재 흡연자와 담배를 피운 적 없는 사람을 비교했더니 유전자 1,405개와 연결된 CpG 부위 2,623곳에서 메틸화가 달랐어요. 이 유전자들 가운데에는 폐 기능, 암, 염증성 질환, 심장질환과 이미 관련된 유전자가 많았어요. 이것은 혈액 샘플이라는 점에 유의하세요. 폐와 다른 조직은 다를 수 있어요.

영향을 받는 주요 유전자

AHRR(아릴 탄화수소 수용체 억제인자)은 가장 일관된 결과예요. 이 유전자의 한 부위는 대부분의 연구에서 가장 강한 흡연 신호의 하나이고, 그 메틸화는 담배 노출의 지표로 연구되고 있어요. AHRR은 연기 속 타르 화합물인 PAH에 대한 세포의 반응을 조절하는 데 관여해요.

계속 나타나는 다른 유전자로는 F2RL3(혈소판의 수용체), GPR15(면역세포 수용체), LRRN3가 있어요. 이 유전자들 대부분에서 메틸화 변화가 건강에 무엇을 하는지는 아직 알려지지 않았어요. 폐 종양 연구에서도 메틸화로 꺼진 암 관련 유전자가 발견되지만, 종양에서 나온 결과를 건강한 흡연자의 혈액에 미치는 영향으로 읽을 수는 없어요.

금연 후: 회복되는 것과 아닌 것

전 흡연자에게 가장 중요한 부분이에요. 같은 대규모 연구에서 연구자들은 최대 30년의 흡연 기록이 있는 Framingham Heart Study 참가자를 추적했어요.

대부분의 부위는 회복돼요. 흡연과 관련된 부위 대부분의 메틸화가 금연 5년 안에 담배를 피운 적 없는 사람의 수준을 향해 돌아갔어요.
일부는 남아요. AHRR과 F2RL3를 포함한 유전자 19개의 36곳은 금연 30년 뒤에도 담배를 피운 적 없는 사람의 수준으로 돌아가지 않았어요.

연구진은 대부분의 부위가 빠르게 회복되는 것이 많은 흡연 관련 질환의 위험이 금연 후 빠르게 떨어진다는 사실과 맞고, 남아 있는 부위는 오래 남는 위험을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 지적해요. 그 연결은 가설이에요. 질병 데이터에서 분명한 것은 금연이 어느 나이에든 위험을 낮추고, 일찍 끊을수록 쌓인 것이 적다는 점이에요. 손상의 종류별로 어떻게 회복되는지는 흡연 손상 회복 타임라인에서 볼 수 있어요.

흡연자의 자녀에게 미치는 영향

코호트 13개, 신생아 6,685명을 다룬 메타분석에서 임신 중 흡연은 아기의 혈액 속 6,000곳 넘는 부위의 메틸화 차이와 관련이 있었어요. 그 가운데 일부는 구순구개열이나 천식처럼 엄마의 흡연이 일으킬 수 있는 질환과 관련된 유전자에 있었어요. 더 큰 아이들에게서도 같은 부위에 여전히 차이가 있었어요. 이런 표지가 건강 문제를 일으키는지, 아니면 노출을 기록하기만 하는지는 아직 연구 중이에요.

실용적인 결론은 NHS가 말하는 것과 같아요. 임신 중에 담배를 끊으면 아기를 지킬 수 있고, 조산사나 의사, 산전 진료를 맡은 의료진이 금연 지원에 대해 알려 줄 수 있어요.

참고 문헌

Joehanes R et al. "Epigenetic signatures of cigarette smoking." Circ Cardiovasc Genet, 2016. PubMed · 전문
Zeilinger S et al. "Tobacco smoking leads to extensive genome-wide changes in DNA methylation." PLoS One, 2013. PubMed
Joubert BR et al. "DNA methylation in newborns and maternal smoking in pregnancy: genome-wide consortium meta-analysis." Am J Hum Genet, 2016. PubMed

자주 묻는 질문

흡연이 DNA를 영구적으로 바꿀 수 있나요?

담배 연기 속 발암물질은 몇 년에 걸쳐 쌓일 수 있는 돌연변이, 즉 DNA 서열의 변화를 일으켜요. 메틸화 변화는 달라요. 한 대규모 연구에서 혈액 속 흡연 관련 메틸화 부위 대부분은 금연 5년 안에 담배를 피운 적 없는 사람의 수준을 향해 돌아갔지만, AHRR을 포함한 일부는 30년 뒤에도 여전히 달랐어요.

흡연으로 생긴 후성유전 변화가 자녀에게 영향을 주나요?

임신 중 흡연은 신생아 혈액 속 수천 곳의 메틸화 차이와 관련이 있고, 일부는 더 큰 아이들에게서도 여전히 보여요. 정자나 난자를 통해 표지가 전해지는 것은 사람에게서 훨씬 덜 확인됐어요. 임신 중에 담배를 끊는 것은 아기를 위해 할 수 있는 가장 좋은 일의 하나이니, 조산사나 의사, 산전 진료를 맡은 의료진에게 금연 지원을 물어보세요.

금연 후 후성유전 지표가 정상으로 돌아오기까지 얼마나 걸리나요?

지금까지 가장 큰 연구에서 혈액 속 흡연 관련 부위 대부분은 약 5년 안에 담배를 피운 적 없는 사람의 수준을 향해 돌아갔어요. AHRR과 F2RL3의 부위를 포함한 소수는 30년 뒤에도 돌아가지 않았어요.

흡연으로 생긴 후성유전 손상을 되돌릴 방법이 있나요?

흡연 관련 메틸화 변화를 되돌린다고 알려진 치료는 없어요. 그 대부분이 회복될 수 있게 하는 것은 금연이고, 일찍 끊을수록 좋아요.