우리 아이는 얼마나 클까요? DNA가 알려줄 수 있는 것과 없는 것

한 아버지가 제 진료실에서 냅킨에 계산을 한 적이 있습니다. 자신의 키에 아내의 키를 더해 둘로 나누고, 아들이니 몇 센티미터를 더한 것입니다. "그럼 제 아들이 정확히 이 키가 되는 건가요?" 그는 손끝으로 숫자를 가리키며 물었습니다. 저는 그가 방금 사용한 공식——50년도 더 된, 지금도 소아과 진료실에서 쓰이는 실제 공식——에는 신발 사이즈가 한 치수 바뀔 만큼 넓은 오차 범위가 딸려 있으며, DNA 검사를 받는다 해도 대부분의 사람들이 생각하는 것만큼 그 오차 범위가 좁혀지지는 않는다고 설명해야 했습니다.

키는 인간 유전학에서 가장 많이 연구된 형질 중 하나입니다——사실상 우리가 가진 가장 정교하게 지도화된 복합 형질이라 할 수 있습니다. 그렇기에 키는 현대 유전학이 자녀의 성장에 대해 부모에게 실제로 무엇을 말해줄 수 있는지, 그리고 DNA 검사를 받든 안 받든 여전히 정직한 답이 "정확히는 알 수 없다"인 지점이 어디인지를 보여주는 훌륭한 사례가 됩니다.

다음은 과학이 실제로 뒷받침하는 내용입니다.

키의 유전율은 실제로 얼마나 될까요?

사람들이 흔히 반복하는 "키는 대략 80% 유전"이라는 말은 근거 있는 축약 표현이지만, 이는 한 연구에서 나온 단일하고 정밀한 수치가 아니라 어떤 범위의 반올림된 중간값입니다. 2016년 학술지 eLife에 발표된, 한 세기가 넘는 출생 연도에 걸친 40개 쌍둥이 코호트와 143,390쌍의 쌍둥이를 통합 분석한 연구는 남성에서 약 69~84%, 여성에서 약 53~78%의 유전율 추정치를 발견했으며, 이보다 앞서 2003년 학술지 Twin Research에 발표된 8개국 쌍둥이 연구는 남성의 수치를 최대 87~93%로 제시한 바 있습니다. 이러한 패턴은 세대를 거치며 일관되게 유지되었고, 생활 수준이 향상되어도 의미 있게 변하지 않았는데, 이 사실 자체가 시사하는 바가 있습니다: 유전율은 특정 인구 집단 내에서 사람들 간의 차이가 유전으로 얼마나 설명되는지를 나타낼 뿐, 어느 한 아이의 고정된 운명을 뜻하지 않습니다.

"단일 키 유전자"가 없는 이유

키를 눈동자 색처럼——한두 개의 유전자가 대부분을 담당하는 방식으로——떠올리고 있다면, 실제 생물학은 거의 정반대입니다. 지금까지 이루어진 가장 규모가 큰 키 연구는 약 540만 명을 대상으로 했으며, 2022년 학술지 Nature에 발표된 이 연구(GIANT 컨소시엄)는 게놈 내 7,209곳의 서로 다른 위치에 걸쳐 12,111개의 유전 변이를 확인했고, 이들이 합쳐져 유럽계 인구에서 키 변이의 40~45%를 설명한다는 것을 밝혀냈습니다——연구진은 이를 키에 감지 가능한 영향을 미치는 모든 흔한 유전 변이를 사실상 총망라한 지도라고 설명했습니다. 비교하자면, 2008년에 발표된 이런 방식의 초기 키 연구들(Weedon 등, Lettre 등이 Nature Genetics에 발표)은 겨우 수십 개의 변이만을 찾아냈고 이는 변이의 약 3~5%만을 설명하는 데 그쳤습니다——20년도 채 되지 않는 기간 동안 이 분야는 엄청난 발전을 이루었습니다.

이 격차에 주목해 보십시오: 12,111개의 변이가 설명하는 것은 최대 45%의 변이에 불과하지만, 쌍둥이 연구는 전체 유전율을 70~90%로 추정합니다. 이러한 차이는 유전학에서 "누락된 유전율(missing heritability)"이라 불리는 잘 알려진 현상으로, 2009년 Nature에 발표된 유전학 리뷰 논문(Manolio 등)이 널리 알린 개념입니다——대규모 연구에서 드러나기에는 너무 희귀한 변이들, 표준 검사로는 잘 포착되지 않는 구조적 DNA 변화, 그리고 단순한 가산적 점수로는 온전히 담아낼 수 없는 방식으로 유전자끼리 또는 유전자와 환경이 상호작용하는 효과 등이 복합적으로 작용한 결과로 여겨집니다. 다유전자위험점수(PRS)는 유전적 잠재력에 대한 실질적이고 유용한 하한 추정치일 뿐, 유전학 이야기의 전부가 아닙니다.

여전히 유효한 옛날 방식: 중간부모신장 공식

DNA 검사가 존재하기 훨씬 전부터, 소아과 연구자들은 훨씬 더 단순한 것——바로 부모 자신의 키——으로부터 훌륭한 키 예측 지표를 만들어낼 수 있다는 것을 알아냈습니다. 1970년 Tanner, Goldstein, Whitehouse 연구진이 Archives of Disease in Childhood에 발표하며 개발한 이 방식은 부모 양측 키의 평균을 이용해 표준 성장곡선을 보정합니다. 흔히 사용되는 버전은 다음과 같습니다:

• 남아의 경우: (아버지 키 + 어머니 키 + 13cm) ÷ 2

• 여아의 경우: (아버지 키 + 어머니 키 − 13cm) ÷ 2

실제로 얼마나 정확할까요? 1998년 학술지 Pediatric Research에 발표된 인구 기반 연구는 계산된 목표치를 중심으로 95% 예측구간이 대략 ±10cm에 달한다는 것을 발견했습니다——즉 실제 성인 키는 20cm 범위 어디에 있어도 "정상"으로 볼 수 있다는 의미입니다. 2024년 학술지 Children에 발표된 보다 최근의 분석은 고전적인 공식이 자녀의 최종 성인 키 변이 중 약 36%만을 설명하며, 작지만 체계적인 편향이 있다는 것을 발견했습니다(자녀들은 대개 옛날 공식이 예측한 것보다 약 2.7cm 더 크게 자라는 경향이 있는데, 이는 공식이 만들어진 이후의 세대 간 키 증가를 반영하는 것으로 보입니다)——재보정한 버전도 이를 소폭 개선하는 데 그쳤습니다. 이 공식에는 또 다른 알려진 맹점이 있습니다. 2008년 학술지 Journal of Paediatrics and Child Health에 실린 연구에 따르면, 이 공식은 "평균으로의 회귀"(매우 작거나 매우 큰 부모의 자녀가 부모보다는 인구 평균에 더 가깝게 수렴하는 일반적인 통계적 경향)를 완전히 보정하지 못하기 때문에, 키가 매우 작은 부모의 자녀에서는 목표 키를 몇 센티미터씩 과소평가하고, 키가 매우 큰 부모의 자녀에서는 과대평가할 수 있습니다.

단순한 변이가 아닐 때: 저신장의 실제 유전적 원인

대부분의 키 변이는 앞서 설명한 평범한 다유전자성 변이이며——짚어낼 단일 유전자도, "고쳐야 할" 것도 없습니다. 하지만 아이들의 저신장 중 적지 않은 비율은 특정하고 식별 가능한 유전적 원인에서 비롯되며, 바로 이 지점에서 유전학은 통계적 설명에서 임상적으로 실행 가능한 무언가로 옮겨갑니다.

가장 잘 알려진 사례는 SHOX 유전자 결핍입니다: 뼈 성장에 직접적인 역할을 하는 단일 유전자의 사본이 없거나 제대로 기능하지 않는 경우입니다. 원인이 설명되지 않는 저신장으로 의뢰된 아이들 중 SHOX 유전자 결함은 약 2~4%에서 발견되며——2007년 학술지 Journal of Medical Genetics에 발표된 1,608명 규모의 연구가 이 수치의 근거입니다——의학 참고자료 GeneReviews(Binder와 Rappold 집필)에 따르면 SHOX 결실은 일반 인구에서 최소 1,000명 중 1명꼴로 발생하는 것으로 추정됩니다(SHOX 결실을 가진 모든 사람이 임상적으로 저신장이 되는 것은 아니며, 이는 유전학이 확실성이 아니라 확률을 정한다는 것을 다시금 보여줍니다). 성장호르몬 결핍은 또 다른 식별 가능한 원인으로, 2024년 학술지 Endocrine에 발표된 체계적 문헌고찰에 따르면 연구 대상 인구에 따라 대략 1,100명 중 1명에서 8,600명 중 1명 사이의 빈도로 나타나며, 2018년 EBioMedicine에 발표된 917명 규모의 코호트 연구에 따르면 확진된 사례 중 특정 유전적 원인을 확인할 수 있는 경우는 약 10%에 불과합니다——저신장 전반이 그렇듯, 대부분의 성장호르몬 결핍 역시 하나의 명확한 유전적 답으로 귀결되지 않습니다.

영양, 건강, 그리고 유전자가 완전히 결정하지 못하는 "한계"

유전자는 생물학적 잠재력의 범위를 설정하고, 환경은 그 범위 안에서 아이가 실제로 어디에 자리 잡을지를 결정합니다——그리고 이를 뒷받침하는 근거는 인간 생물학 전체를 통틀어 가장 놀라운 데이터에 속합니다. 200개국에 걸쳐 1,860만 명이 넘는 성인을 대상으로 한 전 세계적 분석(2016년 eLife에 발표된 NCD Risk Factor Collaboration의 연구)은 20세기 동안 많은 인구 집단에서 성인 평균 키가 상당히 증가했음을 발견했는데, 이는 순전히 아동기 영양 개선, 감염성 질환 부담 감소, 모자 건강 향상의 부산물이었습니다——유전적 변화는 필요하지 않았는데, 한 인구 집단의 유전자풀은 단 한 세기 만에 의미 있게 바뀌지 않기 때문입니다. 같은 연구팀이 2020년 학술지 The Lancet에 발표한 후속 분석은 1985년부터 2019년까지 200개국의 학령기 아동과 청소년을 구체적으로 추적하여, 이러한 세대 간 변화가 최종 성인 키뿐 아니라 아동기 성장 궤적에서도 동일하게 나타난다는 것을 확인했습니다. DNA 기반 키 추정치는 아이의 유전적 한계는 포착할 수 있지만, 이 한계 안에서 실질적으로 결과를 좌우하는 미래의 영양, 수면, 전반적 건강 상태는 포착할 수 없습니다.

소아과 의사가 단일 수치가 아니라 성장곡선을 중요하게 보는 이유

단 한 번의 키 측정——설령 표준 성장곡선과 비교하더라도——은 대부분의 부모가 생각하는 것보다 훨씬 적은 정보를 담고 있습니다. 성장호르몬 전문가들의 국제 합의(2019년 학술지 Hormone Research in Paediatrics에 발표된, 46명의 국제 전문가로 구성된 성장호르몬연구학회의 견해)는 이 점을 분명히 하고 있습니다: 임상적으로 중요한 것은 단 한 번의 백분위수 스냅샷이 아니라 시간에 따른 성장 속도입니다. 10번째 백분위수를 꾸준히 유지하며 매년 정상적인 속도로 자라는 아이는, 부모가 상대적으로 키가 작을 가능성이 높은, 평균보다 조금 작지만 지극히 건강한 아이일 가능성이 매우 큽니다. 반면 50번째 백분위수를 유지하다가 1~2년 사이에 15번째 백분위수로 떨어지는 아이는 실제로 정밀 검사가 필요한 패턴입니다. 이는 정상적인 유전적 변이 범위를 벗어난 무언가——호르몬 문제, 영양 결핍, 기저 질환, 혹은 앞서 언급한 특정 유전적 원인 중 하나——를 시사할 수 있기 때문입니다. 성장 평가를 촉발하는 표준적인 임상 기준에는 사춘기에 이르지 않은 아이에서 연간 성장 속도가 약 4~5cm 미만인 경우, 또는 키가 평균보다 약 2 표준편차 넘게 낮은 경우가 포함되며, 이는 소아과 의사가 여러 차례의 진료를 거쳐 추적하는 기준으로, 단 한 번의 DNA 검사나 단 한 번의 키 측정으로 대체할 수 있는 것이 아닙니다.

DNA 검사가 옛날 공식보다 자녀의 키를 더 잘 예측할 수 있을까요?

바로 이 지점에서 과학은 진정으로 흥미롭고——또 진정으로 미묘해집니다. 잘 설계된 2021년 연구(학술지 Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism에 발표)는 약 33,000개의 유전 변이로부터 DNA 기반 키 점수를 만들어, 같은 아이들을 대상으로 고전적인 중간부모신장 공식과 정면으로 비교했습니다. 결과는 두 방법이 거의 동일한 성능을 보였다는 것입니다. DNA 점수는 향후 저신장과 정상 키를 구분하는 능력에서 부모 신장 공식과 거의 대등했으며(1.0이 완벽한 값인 통계적 정확도 지표에서 0.84 대 0.88), 평균 예측 오차 역시 각각 약 5cm로 거의 같았습니다. 두 방법을 함께 사용했을 때는 둘 중 하나만 사용했을 때보다 소폭 더 나은 성능을 보였습니다——이는 의미 있는 발견인데, DNA 검사가 가장 실질적인 가치를 더하는 경우는 다름 아닌 신뢰할 수 있는 부모 키 정보를 구할 수 없을 때이기 때문입니다(예를 들어 부모 본인이 어린 시절 질병이나 영양 부족으로 성장에 영향을 받았다면, 그 부모의 성인 키는 본래의 유전적 잠재력을 실제보다 낮게 나타낼 수 있습니다).

그렇다면 DNA 검사가 1970년의 무료 공식을 이기는가? 연구가 실제로 검증한 최선의 시나리오에서조차, 결과는 거의 무승부에 가깝습니다.

마케팅이 과학을 앞서가는 지점

키는 인간 유전학에서 가장 완전하게 지도화된 형질 중 하나이며, 그렇기에 소비자용 DNA 기반 키 예측 전반을 검증하는 유용한 스트레스 테스트가 됩니다——그리고 유전학이 가장 유리한 조건을 갖춘 바로 이 영역에서조차 실질적인 한계가 드러납니다.

• 조상(인종) 계통 격차는 실재하며 충분히 알려져 있지 않습니다. 대부분의 상업용 점수의 근거가 되는 키 연구를 포함해, 대규모 유전 연구 대다수는 여전히 유럽계 인구에 편중되어 있습니다. 2019년 학술지 Nature Genetics에 발표된 연구에 따르면, 동일한 점수를 아프리카계 인구에 적용했을 때 예측 정확도는 상대적으로 약 20~40% 낮아지며, 2019년 Nature Communications에 발표된 한 검토 논문은 발표된 유전자 점수 연구 중 아프리카계, 히스패닉계, 원주민 인구를 포함한 연구가 전체의 약 4%에 불과하다는 것을 발견했습니다. 주로 한 조상 집단을 대상으로 검증된 키 예측이 그것을 사용하는 모든 가정에 똑같이 들어맞는다는 보장은 없습니다.

• "자녀의 키를 정확히 예측한다"는 문구는 정직한 오차 범위를 과대포장한 것입니다. 여기서 다룬 모든 방법——부모 신장 공식, DNA 점수, 또는 둘을 결합한 방식——은 실질적으로 몇 센티미터 단위의 불확실성을 지니고 있습니다. 어느 것도 부모에게 정확한 하나의 숫자로 제시되어서는 안 됩니다.

• 배아 선별 관련 마케팅 문구는 근거를 앞질러 갑니다. 키의 유전적 한계는 마음대로 조정할 수 있는 고정된 운명이 아닙니다——위에서 살펴본 영양 데이터는 환경만으로도 단 한 세기 안에 인구 전체의 키가 수십 년치 진화적 변화에 맞먹는 폭으로 변할 수 있음을 보여줍니다. 유전적 키 점수를 기준으로 배아를 선별했을 때 기대할 수 있는 키 증가분은 잘해야 몇 센티미터 수준으로 작으며, 개별 예측은 여전히 매우 불확실합니다——형제자매 중 "가장 큰" 점수를 가진 아이가 반드시 실제로 가장 키가 크게 자라는 것은 아닙니다.

실전에 적용하기

• 자녀의 예상 키 범위가 궁금하다면, 위에서 소개한 무료 중간부모신장 공식은 대부분의 상업용 DNA 기반 키 예측만큼이나 실질적으로 유용한 정보를 제공합니다——둘 중 어느 쪽이든 정확한 숫자가 아니라 넓은 범위로 받아들이십시오.

• 자녀가 항상 낮은 백분위수를 유지하면서도 꾸준히 자라고 있다면, 이는 특히 부모 중 한쪽이라도 키가 작은 경우 대개 그 아이의 정상적인 패턴일 뿐, 유전자 검사로 설명해야 할 문제가 아닙니다.

• 자녀의 성장곡선이 눈에 띄게 꺾인다면——특히 백분위수 선을 아래로 가로지른다면——이것이야말로 DNA 검사 결과와 무관하게 소아과 진료를 받을 가치가 있는 진짜 신호입니다.

• 뚜렷한 원인 없이 가족력으로 저신장이 나타난다면, 일반적인 소비자용 키 점수보다는 소아과 의사나 유전 상담사에게 (예를 들어 SHOX 관련 질환과 같은) 구체적인 검사에 대해 문의하십시오——표적화된 임상 유전자 검사와 소비자용 다유전자위험점수는 서로 다른 목적을 위해 만들어진 것입니다.

• 자녀가 유전적 범위 안에서 실제로 도달하는 키에 측정 가능한 영향을 미치는 요소를 우선순위에 두십시오: 충분한 영양, 충분한 수면, 만성질환 관리입니다——이러한 요소들이 실제로 중요하다는 근거는 어떤 DNA 기반 예측이 정밀하다는 근거보다 훨씬 탄탄합니다.

이 연구가 알려주지 않는 것

키는 복합적인 인간 형질 중에서 유전적으로 가장 잘 이해된 축에 속합니다——그리고 바로 이 지점에서조차, 정직한 그림은 넓은 오차 범위, 개인에게 깔끔하게 적용되지 않는 인구 수준의 평균치, 그리고 대규모 연구 코호트가 보여줄 수 있는 것과 한 가정의 DNA 검사가 약속할 수 있는 것 사이의 실질적인 간극으로 이루어져 있습니다. 그렇다고 유전학이 흥미롭지 않거나 쓸모없다는 뜻은 아닙니다——잘 만들어진 키 점수는 부모 신장 정보를 의미 있게 보완할 수 있고, 저신장의 실재하는 희귀 유전적 원인을 밝혀내는 것은 한 가정의 치료 계획을 바꿀 수도 있습니다. 다만 아무리 훌륭한 것이라 해도 소비자용 키 예측은 확정된 예보가 아니라 느슨하게 붙들어야 할 확률 범위로 받아들이시기 바랍니다.

자주 묻는 질문

DNA 기반 키 예측이 소아과 의사의 성장곡선보다 더 정확한가요? 아닙니다——둘은 서로 다른 질문에 답합니다. DNA 점수는 장기적인 유전적 잠재력을 추정하는 반면, 성장곡선은 지금 이 순간 자녀의 실제 성장이 건강하고 예상되는 패턴을 따르고 있는지를 추적합니다. 어느 하나가 다른 하나를 대체하지 않습니다.

우리 아이가 반 친구들보다 작은데, 걱정해야 할까요? 성장 속도가 꾸준하고 체중과 발달이 전반적으로 정상이라면 대개 걱정할 필요는 없습니다——특히 부모 중 한쪽이라도 키가 작다면, 낮지만 안정적인 백분위수는 정상적인 패턴입니다. 시간에 따른 성장 속도를 추적하는 소아과 의사가 평범한 변이와 정밀 검사가 필요한 상황을 구별하는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다.

영양을 개선하면 유전적으로 정해진 것보다 아이가 더 클 수 있나요? 유전적 한계를 넘어설 수는 없지만, 많은 아이들이 부적절한 영양, 수면 부족, 방치된 질병 때문에 자신의 유전적 잠재력에 온전히 도달하지 못합니다——국가 전체를 아우르는 역사적 키 데이터는 이러한 효과가 인구 수준에서 나타난다는 것을 보여줍니다.

자녀의 성인 키를 예측하기 위해 유전자 검사를 받아야 할까요? 현재까지의 근거에 따르면, 대부분의 가정에서는 무료 부모 신장 공식과 비슷한 성능을 보이며, 조상 계통에 따른 실질적인 정확도 격차도 존재합니다. 신뢰할 수 있는 부모 키 정보를 구할 수 없거나, (SHOX 결핍이 의심되는 경우처럼) 검사가 필요한 구체적인 의학적 이유가 있을 때 더 명확하게 유용합니다.

결론

• 키는 인구 수준에서 대략 70~90% 유전되지만, 이는 많은 사람들 사이의 변이를 설명하는 것일 뿐, 어느 한 아이에 대한 보장이 아닙니다.

• 12,000개가 넘는 유전 변이가 키에 영향을 미치며——단일한 "키 유전자"는 존재하지 않고, 현재 최고 수준의 유전자 점수조차 키 전체 변이의 절반에도 못 미치는 부분만을 설명합니다.

• 1970년대의 부모 신장 공식과 현대의 DNA 기반 점수는 성인 키를 거의 동등하게 잘 예측합니다——두 방법 모두 대략 ±5~10cm의 실질적인 오차 범위를 지니고 있습니다.

• 영양과 건강은 자녀가 유전적 범위 안에서 실제로 어디에 자리 잡을지를 측정 가능한 수준으로 바꿀 수 있으며——때로는 단 한 세대 만에 수십 년치 유전적 진화에 맞먹는 폭으로 나타나기도 합니다.

• 소아과 의사가 추적하는 것——단일 키 수치가 아니라 시간에 따른 성장 속도——은 여전히 어떤 DNA 검사도 대신할 수 없는, 임상적으로 가장 유용한 신호로 남아 있습니다.

면책 조항: 이 글은 교육 목적으로 유전학 및 임상 연구 내용을 소개합니다. 소아과 의사, 유전학 전문의, 또는 유전 상담사의 개인 맞춤형 의학적 조언을 대체하지 않으며, 특히 자녀의 개별 성장 패턴, 성장 장애가 의심되는 경우, 유전자 검사와 관련한 결정에 있어서는 전문가와 상담하시기 바랍니다.