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몸의 '지금 상태'를 읽는다? 대사체(메타볼로믹스) 진단의 원리와 한계

16분 읽기

📌 이 글에서 알 수 있는 것

  • 대사체가 무엇이고 왜 ‘지금 상태’에 가깝다고 하는지
  • 질량분석과 NMR, 표적·비표적 분석의 차이
  • 대규모 코호트, 암 조기 발견, 날숨 검사 연구가 보여 준 것과 연구 설계에 따른 차이
  • 대사체 숫자가 흔들리는 이유와 지금 진료에서 쓰이는 범위

🧩 대사체란: 몸이 쓰고 남긴 작은 분자들

대사물질(metabolite)은 몸이 음식을 분해하고 에너지를 만들고 세포를 고치는 과정에서 생기는 작은 분자입니다. 포도당, 아미노산, 콜레스테롤, 젖산 같은 것들입니다. 이 작은 분자 전체를 대사체(metabolome), 이를 한꺼번에 재는 분야를 메타볼로믹스(metabolomics)라고 부릅니다. 사람 대사물질 정보를 모은 HMDB는 2022년 5.0판에서 217,920개 항목을 실었는데, 새로 더한 항목의 상당수는 실제로 측정됐다기보다 생화학적으로 존재할 것으로 예상되는 화합물입니다1.

개념도: 유전체(타고난 설계도)에서 전사체(지금 켜진 유전자), 단백체(일하는 단백질), 대사체(쓰고 남긴 작은 분자)로 내려갈수록 몸의 지금 상태에 가까워진다. 아래 상자에는 대사체를 흔드는 요인으로 식사, 시간, 약·생활, 시료 처리·측정이 적혀 있다.
그림 1. 오믹스 층과 대사체의 위치(개념도). 아래 상자는 대사체 값을 흔드는 대표 요인입니다.

유전체가 타고난 설계도라면, 대사체는 그 설계도와 환경이 함께 만든 결과물에 가깝습니다. 그래서 오믹스 층 가운데 몸의 지금 상태에 가장 가깝다고 흔히 설명합니다. 여러 층을 함께 읽는 멀티오믹스의 개념은 진단 기초 시리즈 7편, 바로 위 층인 단백질은 진단 기초 시리즈 21편에서 다뤘습니다.

🩸 이미 진료에서 대사물질을 재고 있습니다

대사체 진단이 새로운 말처럼 들려도, 병원 혈액검사의 상당수는 이미 대사물질 하나를 잽니다. 공복 혈당, 총콜레스테롤과 LDL 콜레스테롤, 중성지방이 모두 대사물질입니다. 혈당 숫자를 읽는 법은 진단 기초 시리즈 12편에 정리했습니다.

여러 대사물질을 한 번에 재는 검사도 이미 있습니다. 신생아 선별검사는 발뒤꿈치 혈반 한 조각에서 아미노산과 아실카르니틴(지방산 대사 중간물질) 수십 가지를 탠덤 질량분석(질량분석부 두 개를 이어, 고른 분자를 조각낸 뒤 조각의 무게를 한 번 더 재는 방법)으로 한꺼번에 잽니다. 1990년 이 방법이 신생아 대사이상 선별에 쓰일 수 있다는 보고가 나왔고2, 한국은 2018년 10월부터 50여 종 선천성 대사이상 선별검사(주로 탠덤 질량분석)에 건강보험을 적용했습니다3. 자세한 내용은 진단 기초 시리즈 25편을 참고하세요.

기존 검사와 메타볼로믹스의 차이는 목적입니다. 기존 검사는 정해 둔 몇 가지를 정확히 재는 반면, 메타볼로믹스 연구는 수백~수천 가지를 재서 아직 모르는 패턴을 찾으려 합니다.

🔬 무엇으로 재나: 질량분석과 NMR

  • LC-MS/MS(액체크로마토그래피-탠덤 질량분석): 분자를 액체 속에서 성질에 따라 시간차로 흘려 나눈 뒤(크로마토그래피), 무게를 재고 다시 조각내 무게를 한 번 더 잽니다. 민감도가 높아 적은 양도 잡습니다.
  • GC-MS(기체크로마토그래피-질량분석): 휘발성 분자, 또는 화학 처리(유도체화)로 휘발성을 띠게 만든 분자를 나눠 잽니다. 날숨 속 분자 분석에 많이 씁니다.
  • NMR(핵자기공명 분광법): 강한 자석 속에서 분자 속 수소 원자가 내는 신호를 읽습니다. 측정이 안정적이고 질량분석보다 저렴한 편이지만, 민감도가 낮아 지단백(혈액 속 지방을 실어 나르는 입자)·지질처럼 비교적 많은 분자 위주로 봅니다4.

측정 전략도 두 갈래입니다. 표적(targeted) 분석은 미리 정한 분자를 표준물질과 비교해 농도까지 정확히 잽니다. 비표적(untargeted) 분석은 잡히는 신호를 모두 기록해 새 후보를 찾지만, 신호가 어떤 분자인지 나중에 따로 밝혀야 합니다. 진료용 검사는 대부분 표적 방식입니다. 아래 UK Biobank의 NMR 측정은 정해 둔 249개 항목을 재는 표적 방식이고, 전립선암 연구는 비표적 LC-MS였습니다56.

🇬🇧 50만 명의 대사체: UK Biobank

영국의 대형 건강 연구 UK Biobank는 참여자 약 50만 명의 혈장을 NMR로 재, 2025년 말 연구자들이 모두 쓸 수 있게 공개했습니다(측정 회사 발표)7. 아래 두 연구는 먼저 공개된 약 12만 명분 자료로 나왔습니다. 2022년 연구는 117,981명의 NMR 측정값 249개 가운데 대사 지표 168개를 골라 신경망 모델을 학습해 24개 질환의 발병 위험을 예측했습니다4.

  • 유방암을 뺀 모든 질환에서 대사체 점수가 이후 발병률과 연관됐습니다.
  • 15개 질환의 10년 예측에서 ‘나이·성별+대사체 점수’가 심혈관 위험점수(ASCVD) 변수와 같거나 나았습니다.
  • 여러 임상 변수를 이미 넣은 모델에 더했을 때는 8개 질환(제2형 당뇨병, 치매, 심부전 등)에서만 예측 정보가 늘었습니다.
  • 외부 집단 4곳에서 확인했지만, 해당 질환 기록이 있어 다시 볼 수 있었던 것은 7개 질환뿐이었습니다. 저자들은 UK Biobank 참여자가 일반 인구보다 건강한 편이고, 검증된 질환 밖에 쓰는 것은 신중해야 한다고 적었습니다4.

2023년에는 측정을 맡은 Nightingale Health(핀란드 NMR 대사체 분석 회사) 연구진이 118,461명의 249개 측정값과 700개 넘는 질환의 연관을 정리한 ‘아틀라스’를 냈습니다. 시료는 대부분 공복이 아니었고, 마지막 식사 뒤 평균 4시간에 채혈했습니다5. 연관 지도이므로 원인이나 진단 성능을 뜻하지는 않습니다.

🎗️ 암을 일찍 찾을 수 있을까: 설계부터 보세요

대사체로 암을 찾는다는 연구를 읽을 때는 어떤 설계인지부터 확인해야 합니다.

  • 환자-대조군 연구: 이미 진단받은 환자와 건강한 사람의 시료를 비교합니다. 차이가 크게 나오기 쉽지만, 그 차이가 병 때문인지 치료·식사·채혈 조건 때문인지 가리기 어렵습니다.
  • 전향 코호트(또는 코호트 내 환자-대조군) 연구: 병이 생기기 전에 모아 둔 시료를 나중에 분석합니다. 실제 ‘조기 발견’ 질문에 더 가깝습니다.

스웨덴 북부 코호트에서 진단 전에 모은 공복 혈장으로 나이·체질량지수·시료 보관 기간을 맞춘 전립선암 환자-대조 752쌍을 비교한 2022년 코호트 내 환자-대조군 연구는, 일부 지방산·인지질·방향족 아미노산이 이후 20년 위험과 연관됐다고 보고했습니다6. 위험과의 연관이지 진단 성능은 아닙니다.

2025년 대장암 연구는 ‘기존 정보보다 미래 위험을 더 잘 가려내는가’라는 질문에 더 직접적인 답을 줍니다. UK Biobank 154,892명(이후 대장암 1,879명)에서 NMR 대사물질 23개로 위험 패널을 만들었습니다. 먼저 병에 걸릴 사람을 더 높은 위험으로 줄 세우는지 보는 C-index(0.5는 동전 던지기 수준)는 내부 검증 0.60, 독일 코호트 외부 검증 0.54였습니다. 성별·나이·체질량지수·흡연·음주와 다유전자 위험점수(진단 기초 시리즈 26편)를 쓴 모델은 0.725(내부)·0.688(외부)였고, 여기에 대사체를 더해도 0.726·0.692로 거의 그대로였습니다8.

🌬️ 숨으로 재는 대사체

날숨에는 휘발성 유기화합물(VOC)이 수백 가지 섞여 있습니다. 바늘 없이 시료를 얻을 수 있어 오래 연구돼 왔습니다.

  • 환자와 대조군을 비교한 연구 묶음: 2021년 메타분석에서 위식도암 연구 5편을 합친 날숨 VOC의 민감도는 85.0%, 특이도는 89.0%였습니다. 다만 연구마다 찾은 VOC가 달랐습니다9.
  • 긴급사용승인: 미국 FDA는 2022년 4월 휴대형 GC-MS로 날숨 속 케톤·알데하이드 계열 VOC 5종을 재는 코로나19 검사에 긴급사용승인(EUA)을 냈습니다. 정식 허가가 아니며, 양성은 잠정 결과로 보고 분자검사로 확인하도록 했습니다10. 미국 보건복지부가 2026년 6월 코로나19 체외진단 긴급사용 선포를 끝내기로 해, 이 승인은 2026년 12월 26일 효력을 잃습니다11.
  • 전향 외부 검증: 2025년 네덜란드 연구는 전자코(eNose), 즉 분자를 하나하나 밝히지 않고 센서 반응 패턴으로 구분하는 장치를 폐암이 의심돼 흉부종양 외래에 온 364명에게 썼습니다. 폐암 환자와 아닌 사람을 얼마나 잘 가르는지 보는 AUC(C-index처럼 0.5가 동전 던지기 수준)는 전체 0.80이었고, 민감도를 95%로 맞추면 특이도는 51%였습니다12.

메타분석과 네덜란드 연구의 숫자는 대상과 기준이 달라 직접 비교할 수 없습니다. 특히 네덜란드 연구는 참여자의 59%가 폐암이었고, 이렇게 병이 흔한 집단에서 잰 양성예측도(양성으로 나온 사람 가운데 실제 폐암인 비율, 74%)는 건강검진 집단으로 그대로 옮길 수 없습니다12. 민감도·특이도·양성예측도를 읽는 법은 진단 기초 시리즈 4편에 정리했습니다.

🧊 같은 사람도 숫자가 흔들리는 이유

대사체는 지금 상태를 잘 반영하는 만큼, 지금 일어난 일에도 쉽게 흔들립니다.

  • 식사: 밥을 먹은 뒤 몇 시간 동안 포도당·중성지방·아미노산이 달라집니다. 그래서 대규모 연구는 공복 여부와 마지막 식사 뒤 시간을 함께 기록합니다.
  • 시간: 하루 중 언제 채혈했는지에 따라 달라지는 대사물질이 있습니다.
  • 약과 생활: 스타틴을 먹으면 LDL 콜레스테롤이 내려가듯, 복용 약·운동·음주가 결과에 섞입니다.
  • 시료 처리: 건강인 6명의 시료로 표적 대사물질 497개를 잰 2022년 연구에서는 채혈 뒤 방치 시간과 온도의 영향이 가장 컸습니다. 저자들은 대사체에는 빠른 처리와 4°C 저온 유지가 필수라고 했고, 단백질과 함께 분석할 때의 타협안으로 얼음 위 최대 2시간 안에 냉동하자고 제안했습니다13. 혈장과 혈청의 차이는 오믹스 데이터 랩 2편에서 다뤘습니다.

장비 쪽 변동도 있습니다. 같은 묶음(배치)으로 처리·측정한 시료끼리 비슷하게 치우쳐, 묶음 사이에 병과 무관한 차이가 생기는 현상을 배치 효과(batch effect)라고 합니다. UK Biobank NMR 자료에서도 시료 준비 시간, 플레이트 안 위치, 분광기별 배치 효과, 시간에 따른 장비 흐름이 확인돼, 이를 보정하자 유전·역학 신호가 더 뚜렷해졌습니다14.

🔎 이 신호는 어떤 분자일까

비표적 질량분석의 숨은 어려움은 동정(identification), 즉 신호의 정체를 밝히는 일입니다. 2007년 대사체 표준 이니셔티브(MSI)는 결과를 ‘같은 조건에서 표준물질과 두 가지 이상 성질(예: 크로마토그래피에서 빠져나오는 시간인 머무름 시간과 질량 조각)이 일치해 확인한 화합물’, ‘추정 주석’, ‘추정 화합물 계열’, ‘미지 화합물’의 4단계로 나눠 보고하자고 제안했습니다15. 2022년 논문은 사람 대상 비표적 연구가 측정된 분자 신호의 약 10%에만 이름(추정 주석 포함)을 붙인다고 적었습니다16.

“대사물질 X가 높았다"는 결과를 읽을 때 X가 표준물질로 확인됐는지, 데이터베이스와 비슷하다는 추정인지에 따라 무게가 크게 다릅니다.

⚠️ 한계와 주의

  • 대부분 연관 연구입니다. 대사물질이 높았던 사람이 나중에 병에 더 걸렸다는 뜻이지, 그 물질이 병을 일으키거나 지금 병이 있다는 뜻은 아닙니다.
  • 환자-대조군 결과는 부풀기 쉽습니다. 진단 후 시료는 치료와 생활 변화의 영향을 받습니다. 전향 시료와 외부 검증 결과를 따로 확인하세요.
  • 기존 위험 요인을 넘어서는지가 핵심입니다. 대장암 연구처럼 나이·흡연 같은 정보에 더해 주는 것이 없을 수 있습니다8.
  • 표준화가 덜 됐습니다. NMR만 해도 측정한 스펙트럼에서 농도를 계산하는 방식부터 통일해야 한다는 지적이 있습니다4.
  • 소비자 대상 ‘대사체 검사’에 주의하세요. 수백 가지 대사물질로 건강 나이나 질병 위험을 알려 준다는 상품은 근거가 연구 단계에 머무는 경우가 많습니다. 어느 집단에서 검증했는지, 결과에 따라 무엇을 하라는 것인지 밝히지 않는다면 의사 결정에 쓰기 어렵습니다.

🏛️ 지금 어디까지 왔나

  • FDA 허가·승인 사례: 탠덤 질량분석으로 아미노산·아실카르니틴을 재는 신생아 선별 키트가 2004년 De Novo(비슷한 기존 기기가 없는 새 유형의 허가 경로)로 허가됐습니다17. NMR로 지단백 입자를 재는 NMR LipoProfile 검사는 2008년 510(k)(이미 허가된 기기와 동등함을 보이는 절차) 허가를 받았습니다18. 여러 VOC를 함께 보는 날숨 검사로는 심장이식 거부반응 진단을 돕는 Heartsbreath가 2004년 인도적 의료기기 면제(HDE, 환자가 적은 질환용 특례 승인)를 받은 사례와 앞의 코로나19 긴급사용승인(2026년 12월 종료 예정) 사례가 있습니다191011. 호흡 알코올·요소 호기검사처럼 한 물질만 재는 검사는 별개입니다. 수백 가지 대사물질 패턴으로 질병 위험을 판정하는 검사의 FDA 허가는 확인하지 못했습니다.
  • 유럽: Nightingale Health의 NMR 측정 항목 249개 중 37개는 UK Biobank 1단계 완료 시점에 유럽 체외진단 CE 인증 항목이었습니다5.
  • 표준: 비표적 대사체 연구의 품질관리 보고는 국제 컨소시엄 mQACC가 2022년 권고를 냈고, 반복 측정용 QC 시료의 종류·준비·사용을 자세히 보고하라고 했습니다20.
  • 한국: 신생아 선천성 대사이상 선별검사는 2018년부터 건강보험이 적용됩니다3. 다중 대사체 패턴 검사의 국내 허가나 급여는 확인하지 못했습니다.

🧪 연구자 노트 ① 대사체 연구 결과를 보면 환자군과 대조군 시료를 같은 조건으로 모았는지, 그리고 두 군을 섞어 무작위 순서로 측정했는지부터 확인합니다. 한 군을 한 배치에 몰아 재면 배치 효과가 그대로 병의 신호처럼 보입니다. ② ‘OO 대사물질’이라는 이름이 질량과 데이터베이스 비교만으로 붙은 추정이라면, 무게가 같은 다른 분자(이성질체)일 수도 있습니다. 그래서 후보가 나오면 표준물질을 쓰는 표적 분석으로 다시 재서 확인했는지를 봅니다. ③ 혈당·콜레스테롤이 진료에 쓰이는 것은 공복 같은 채혈 규칙과 기준 범위가 정해져 있기 때문입니다. 수백 가지 대사물질 패널은 아직 그런 규칙이 없고, 기존 위험 요인에 더해 주는 것이 확인된 질환도 적어 한 번 잰 값으로 개인을 판단하기는 어렵다고 봅니다.

🙋 그래서 나에게는?

  • 혈당·콜레스테롤·신생아 선별처럼 이미 진료에 쓰는 대사물질 검사는 의료진 안내에 따라 받으시면 됩니다.
  • 대사체 검사를 권유받으면 허가받은 검사인지, 어떤 집단에서 검증했는지, 결과에 따라 무엇을 바꾸는지를 먼저 물어보세요.
  • 채혈 전 식사·약·운동 상황을 적어 두었다가 결과를 볼 때 의료진에게 함께 알리세요. 같은 사람도 조건에 따라 값이 달라질 수 있습니다.
  • 위험이 높다고 나와도 병이 있다는 뜻이 아니고, 낮게 나와도 정기 검진을 대신하지 않습니다.

⚠️ 이 글은 의학적 조언이 아닙니다. 검사와 검진은 반드시 의료진과 상담해 결정하세요.

❓ 자주 묻는 질문

Q. 대사체 검사 전에는 꼭 굶어야 하나요? A. 검사마다 다릅니다. 공복 혈당처럼 굶어야 하는 검사도 있고, UK Biobank 대사체 연구처럼 비공복 시료를 쓰고 식사 뒤 시간을 기록하는 경우도 있습니다5. 받는 검사의 안내를 따르세요.

Q. 대사체 검사가 유전자 검사보다 정확한가요? A. 답하는 질문이 다릅니다. 유전자는 타고난 경향을, 대사체는 지금 상태를 더 반영합니다. 그래서 대사체는 변화를 잘 보여 주지만 그만큼 쉽게 흔들립니다.

Q. 날숨 검사로 암을 찾을 수 있나요? A. 아직 연구 단계입니다. 폐암이 의심되는 외래 환자에서 전향 외부 검증한 연구가 있지만12, 건강한 사람을 대상으로 한 암 검진용 허가는 확인하지 못했습니다.

📚 진단 기초 시리즈

참고

  1. Wishart DS 외. HMDB 5.0: the Human Metabolome Database for 2022. Nucleic Acids Res 2022;50:D622-31. doi:10.1093/nar/gkab1062 ↩︎

  2. Millington DS 외. Tandem mass spectrometry: a new method for acylcarnitine profiling with potential for neonatal screening for inborn errors of metabolism. J Inherit Metab Dis 1990;13:321-4. doi:10.1007/BF01799385 (원논문) ↩︎

  3. 보건복지부. 10월부터 뇌·뇌혈관 MRI 비용 ‘뚝’…대학병원 최고 75만→18만원. 정책브리핑 2018.10.1(신생아 선천성 대사이상·난청 선별검사 건강보험 적용 내용 포함) — korea.kr ↩︎ ↩︎

  4. Buergel T 외. Metabolomic profiles predict individual multidisease outcomes. Nat Med 2022;28:2309-20. doi:10.1038/s41591-022-01980-3 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  5. Julkunen H 외. Atlas of plasma NMR biomarkers for health and disease in 118,461 individuals from the UK Biobank. Nat Commun 2023;14:604. doi:10.1038/s41467-023-36231-7 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  6. Östman JR 외. Identification of prediagnostic metabolites associated with prostate cancer risk by untargeted mass spectrometry-based metabolomics: a case-control study nested in the Northern Sweden Health and Disease Study. Int J Cancer 2022;151:2115-27. doi:10.1002/ijc.34223 ↩︎ ↩︎

  7. Nightingale Health. Unlocking half a million metabolomes: UK Biobank data analyzed by Nightingale Health now available to researchers. 2025.12.5(회사 발표) — nightingalehealth.com ↩︎

  8. Seum T 외. Exploring metabolomics for colorectal cancer risk prediction: evidence from the UK Biobank and ESTHER cohorts. BMC Med 2025;23:283. doi:10.1186/s12916-025-04107-w ↩︎ ↩︎

  9. Xiang L 외. Volatile organic compounds in human exhaled breath to diagnose gastrointestinal cancer: a meta-analysis. Front Oncol 2021;11:606915. doi:10.3389/fonc.2021.606915 ↩︎

  10. U.S. Food and Drug Administration. InspectIR COVID-19 Breathalyzer 긴급사용승인 서한(EUA202006, 2022.4.14) — fda.gov ↩︎ ↩︎

  11. U.S. Food and Drug Administration. In Vitro Diagnostics EUAs – Other Tests for SARS-CoV-2(2026.8.11 갱신; 2026.6.29 HHS 결정, 2026.12.26 종료) — fda.gov ↩︎ ↩︎

  12. Buma AIG 외. Lung cancer detection by electronic nose analysis of exhaled breath: a multicentre prospective external validation study. Ann Oncol 2025;36:786-95. doi:10.1016/j.annonc.2025.03.013 ↩︎ ↩︎ ↩︎

  13. Gegner HM 외. Pre-analytical processing of plasma and serum samples for combined proteome and metabolome analysis. Front Mol Biosci 2022;9:961448. doi:10.3389/fmolb.2022.961448 ↩︎

  14. Ritchie SC 외. Quality control and removal of technical variation of NMR metabolic biomarker data in ~120,000 UK Biobank participants. Sci Data 2023;10:64. doi:10.1038/s41597-023-01949-y ↩︎

  15. Sumner LW 외. Proposed minimum reporting standards for chemical analysis. Metabolomics 2007;3:211-21. doi:10.1007/s11306-007-0082-2 (원논문) ↩︎

  16. Gauglitz JM 외. Enhancing untargeted metabolomics using metadata-based source annotation. Nat Biotechnol 2022;40:1774-9. doi:10.1038/s41587-022-01368-1 ↩︎

  17. U.S. Food and Drug Administration. De Novo DEN040002, NEOGRAM Amino Acids and Acylcarnitines Tandem Mass Spectrometry Kit(2004.8.24 허가) — accessdata.fda.gov ↩︎

  18. U.S. Food and Drug Administration. 510(k) K063841, NMR Profiler and NMR LipoProfile Assay(2008.7.23) — accessdata.fda.gov ↩︎

  19. U.S. Food and Drug Administration. HDE H030004, Heartsbreath(Menssana Research, 2004.2.24 승인) — accessdata.fda.gov ↩︎

  20. Kirwan JA 외. Quality assurance and quality control reporting in untargeted metabolic phenotyping: mQACC recommendations for analytical quality management. Metabolomics 2022;18:70. doi:10.1007/s11306-022-01926-3 ↩︎

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