시작하며
건강과 관련된 TV 프로그램을 보게되면 자주 등장하는 단어가 하나 있습니다. 바로 “활성산소” 또는 “활성산소종(ROS: Reactive Oxygen Species)”이라는 용어입니다.
활성산소종이란 화학물질 또는 전리방사선 등에 노출되었을 때나 우리 몸의 다양한 대사과정 중에 생성되는 물질입니다. 그런데 이들 물질의 분자들은 짝을 이루지 않은 산소이온과 과산화수소를 포함하고 있어 불안정적이면서 반응성이 매우 높은 구조를 가지고 있습니다. 이러한 이유때문에 이들 활성산소종은 우리 몸의 정상적인 세포와 반응하여 그 구조를 손상시키고 기능을 변화시키는 등 우리 몸에 생화학적, 생리적 손상을 유발하는 것으로 알려져 있습니다.
다행이 우리 몸의 세포는 이러한 활성산소종을 효과적으로 제거하는 항산화 시스템(Antioxidant System)을 보유하고 있어 산화제(oxidant)와 항산화제(antioxidant) 사이의 균형을 이루며 항상성을 유지하려고 노력합니다. 그런데 어떤 이유에서 산화제 - 항산화제 간의 균형이 깨지면서 산화제 우위로 바뀌게되어 활성산소종이 신체에 축적되는데, 이처럼 활성산소종의 농도가 증가하여 우리 몸의 정상세포를 파괴하는 것을 산화 스트레스라고 합니다.
물론 우리 몸은 다양한 원인으로 인해 산화 스트레스에 노출되지만, 그 중에서도 활성산소종에 의해 유발되는 산화 스트레스는 세포 생체분자의 손상과 신호경로 및 유전자 발현의 변화를 초래하는 등 인체에 악영향을 미칩니다. 간단히 살펴보면 다음과 같습니다.
< 활성산소종에 의한 산화 스트레스로 인해 발생할 수 있는 질병들 >
| 구 분 | 활성산소종에 의한 산화 스트레스로 인해 발생할 수 있는 질병들 |
| 뇌 | 알츠하이머, 파킨슨병, 다발성 경화증, 루게릭병, 강박 장애, 자폐증, 편두통, 불면증, 우울증, 치매, 양극성 장애, 암 |
| 심장 | 심장 마비, 뇌졸중, 고혈압, 죽상 동맥 경화증, 협심증 |
| 신장 | 만성 신장 질환. 신장 신장염 |
| 폐 | 천식, 만성 폐쇄성 폐질환, 알레르기, 만성 기관지염, 암 |
| 혈관 | 죽상동맥경화증, 고혈압, 정맥류, 콜레스테롤 및 중성지방 상승 |
| 눈 | 망막 변성, 백내장, 황반변성 |
| 관절 | 류마티스 관절염, 골관절염, 건선성 관절염 |
| 피부 | 주름, 여드름, 습진, 건선, 피부염, 암 |
| 면역체계 | 만성 염증, 자가 면역 장애, HIV, 헤르페스, 크론병, 간염, 감기 및 독감, 루푸스, 암 |
위 표에서 처럼 활성산소종으로 유발되는 산화 스트레스로 인해 인체에 미치는 영향이 정말 크다는 것을 알 수 있습니다. 그러면, 이러한 활성산소종에 의한 악영향에 대항하기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 그 방법을 알기위해 준비한 내용이 바로 오늘 소개드릴 글루타치온입니다. 그럼, 시작하도록 하겠습니다.
글루타치온이란?
글루타치온은 글루탐산(glutamic acid), 시스테인(cysteine), 글리신(glycine)으로 구성된 티올 함유 트리펩타이드로서 환원(reduced) 글루타치온(GSH)과 산화(oxidized) 글루타치온(glutathione disulfide(GSSG))의 형태로 포유류 세포의 세포질에 주로 분포하며 미토콘드리아, 핵, 소포체(ER: Endoplasmic Reticulum)와 같은 세포 소기관에는 그보다 적은 양으로 존재합니다.
* 펩타이드 : 화학 결합(펩타이드 결합이라고 함)으로 연결된 짧은 사슬의 아미노산(일반적으로 2~50개)을 말합니다. 연결된 아미노산 사슬이 더 길면(51개 이상) 폴리펩타이드입니다. 세포 내에서 제조되는 단백질은 하나 이상의 폴리펩타이드로 만들어집니다.
글루타치온은 활성산소종 제거, DNA 및 단백질 합성, 신호 전달을 비롯한 다양한 세포 대사 활동에 참여하며, 산화 손상과 외인성 물질의 독성으로부터 세포를 보호하고 산화 환원 항상성을 유지하는데 중요한 역할을 합니다.
아래에서는 이러한 글루타치온의 합성이 어떻게 이루어지는지 살펴보도록 하겠습니다.
글루타치온의 합성과정
글루타치온의 생합성은 아래의 그림처럼 ATP(Adenosine TriphosPhate, 아데노신 삼인산)에 의존하는 연속적 2단계 효소 반응을 통해 글루타메이트(글루탐산), 시스테인 및 글리신을 촉매하여 얻습니다.
* ATP : 세포의 동화 작용(저분자를 고분자로 합성하는 반응, 에너지 흡수)과 이화 작용(세포 호흡을 통해 고분자를 저분자로 분해하여 생명활동에 필요한 에너지를 획득하는 반응, 에너지 방출)을 연결하는 에너지 교환 인자이며, 생명활동에 이용되는 에너지 저장 물질
글루타메이트(Glu)는 글루타민(Gln)이 아미노산 수송체(ASCT2)를 통해 세포로 흡수된 후 글루타미나아제(GLS1, GLS2)에 의해 가수분해되어 형성되고, 시스테인(Cys)은 시스템 Xc-에 의해 흡수된 시스틴을 환원하여 얻거나 아미노산 수송체(ASC)에 의해 직접 흡수되며, 글리신은 글리신 수송체(GlyT)에 의해 직접 흡수될 수 있습니다.
글루타치온의 합성은 글루타메이트-시스테인 리가제(GCL)와 글루타치온 합성효소(GS)에 의한 2단계 효소 반응을 통해 이루어집니다. 여기서 합성 효소란 2개의 분자를 결합시키는 반응의 촉매가 되는 효소를 말합니다.
첫 번째 단계에서 글루타메이트-시스테인 리가제(GCL)가 시스테인(Cys)과 글루타메이트(Glu)의 반응을 촉매하여 감마-글루타밀시스테인(γ-glutamylcysteine)을 생성하고, 다음 단계에서 감마-글루타밀시스테인(γ-glutamylcysteine)은 글루타치온 합성효소(GS)의 촉매 작용으로 글리신(Gly)과 결합하여 글루타치온을 생성합니다.
글루타치온 합성효소(GS)가 존재할 때 감마-글루타밀시스테인(γ-glutamylcysteine)의 농도는 무시할 수 있기 때문에 글루타메이트-시스테인 리가제(GCL)는 이 과정에서 글루타치온의 합성 속도를 결정합니다.
이러한 과정을 거쳐 생성된 글루타치온은 그림에서 처럼 환원된 글루타치온(GSH) 형태와 산화된 글루타치온(GSSG) 형태로 존재합니다. 글루타치온의 함량은 합성, 이용, 대사 및 유출의 조절을 통해 역동적인 균형을 유지합니다. 생리적 조건에서 환원된 글루타치온은 98% 이상의 우세한 형태이며, 산화된 글루타치온은 1% 미만입니다.
그럼, 글루타치온의 생성과정을 살펴보았으니 이렇게 만들어진 글루타치온이 우리 몸에서 어떤 역할을 하는지 아래에서 살펴보도록 하겠습니다.
글루타치온의 주요 역할
글루타치온은 비타민 C 및 E와 같은 외부에서 흡수한 항산화 물질을 활성 상태로 유지하는데 필수적인 역할을 하기 때문에 "마스터 항산화제”라고 불리기도 합니다(1). 글루타치온은 외부의 공격으로부터 세포를 보호하는 경비원과 같습니다. 우리 몸의 각 세포는 매일 1만 번에 이르는 활성산소종의 공격을 견뎌낸다고 하며, 여기서 글루타치온은 이러한 활성산소종이 세포를 파괴하기 전에 활성산소를 제거하고 산화 스트레스로 인한 손상을 복구해 주는 역할을 합니다.
좀더 자세히 살펴보면, 글루타치온은 간의 독소를 해독하는데 중요한 역할을 하는데, 글루타치온이 충분하지 않을 경우 독소가 간에 과부하를 일으켜 지용성 독소가 지방 조직에 저장될 수 있으며, 이렇게 될 경우 우리 몸의 중추신경계, 유방, 전립선 등이 위험에 노출될 수 있습니다.
또한, 여러 연구에서 우리 몸의 신경 관련 문제가 증가하는 이유에 대해서도 세포 내 글루타치온의 고갈이 원인인 것으로 보고되고 있습니다(2, 3, 4). 신경과 관련 우리 몸의 핵심 부위인 뇌는 다른 어떤 조직보다 더 많은 활성산소종을 생성하기 때문에 다른 어떤 부위보다 더 많은 글루타치온이 필요합니다.
뿐만 아니라, 글루타치온은 면역 기능에 있어서도 매우 중요한 역할을 합니다(5). 의학 연구에 따르면 글루타치온은 면역 체계를 적절하게 조절하는 데 중요한 역할을 하는 T-세포를 강화하는 것으로 보고된 바 있습니다(6).
* T-세포는 병원성 박테리아, 바이러스, 기생충 등에 대한 공격을 조율하는 동시에 조직 손상과 자가 면역 반응을 억제하는 세포입니다. 면역체계가 조절되지 않아 과도하게 활성화되면 알레르기 및 자가 면역 질환 등이 유발될 수 있습니다.
게다가 글루타치온은 세포 독소에 대항하여 싸우고 세포 내 환경에서 발암 물질을 제거하는 동시에 손상된 세포를 치유하는 역할과 더불어 질병, 독소, 바이러스, 오염 물질, 방사선, 약물 및 산화 스트레스로부터 신체를 보호하는 작용을 지속적으로 수행합니다(7). 글루타치온의 우리 몸에서의 역할을 정리해 보면 아래와 같습니다.
| 글루타치온의 역할 | 우리 몸에 미치는 영향 |
| 간 건강과 지방간 질환 개선 | 글루타치온 수치를 높이고 회복하면 간 질환 환자의 간 건강 지표가 개선됩니다. |
| 모든 세포의 건강한 성장과 회복 지원 | 글루타치온은 세포 사멸 과정에서 중요한 역할을 하며 세포의 건강한 성장과 회복을 지원합니다. |
| 인슐린 민감성 개선 가능 | 글루타치온 수치가 높을 수록 인슐린 감수성이 높아지는 것으로 보입니다. |
| 산화 스트레스 수준 감소 | 글루타치온 수치가 낮으면 다양한 만성 질환에 걸리기 쉬운 반면, 글루타치온 수치가 높으면 신체의 면역 과정이 잘 작동하게 됩니다. |
| 염증 및 만성 질환 위험 감소 | 글루타치온은 중요한 항염증 특성을 가지고 있습니다. |
우리 몸에서의 글루타치온 수치를 높이기 위한 방법
이같이 중요한 우리 몸에서의 글루타치온 수치는 노화와 함께 감소하기 시작하는데, 과학자들은 20세가 되면 평균적으로 10년에 8~12%씩 글루타치온이 손실된다고 합니다. 감염, 잘못된 식습관, 흡연, 독성 부하 증가, 약물 사용 등으로 인해 건강에 문제가 생기기 시작하면 글루타치온이 훨씬 더 빠른 속도로 고갈될 수 있습니다. 과학자들은 글루타치온이 30% 감소하면 세포 기능 장애가 발생하기 충분하다고 추정합니다.
연구에 따르면 최적의 글루타치온 생성을 위해서는 적절한 비타민 D가 필요하다고 합니다(8). 현대 사회에서 많은 사람들이 비타민 D가 극도로 결핍되어 있습니다(9). 최적의 비타민 D 수치는 60-100 ng/ml입니다.
또한 우리의 사회는 그 어느 때보다 편리한 삶을 누릴 수 있지만, 역설적이게도 그 어느 때보다 환경 독성에 많기 노출되기 때문에 더 많은 글루타치온이 필요합니다. 그런데, 안타깝게도 우리의 식단에는 이 중요한 물질에 필요한 전구체가 부족합니다.
따라서, 아래에서는 글루타치온 수치를 높이기 위한 방법들을 알아보기로 하겠습니다.
식단을 통해 글루타치온 전구체 흡수
글루탐산, 시스테인, 글리신과 같은 글루타치온 전구체는 식단을 통해 자연적으로 섭취하는 것이 좋습니다. 채소 중에서는 아보카도, 양파, 시금치, 아스파라거스 등이 중요한 공급원이 될 수 있습니다. 강황과 같은 허브도 우리 몸에서 글루타치온 함량을 높이는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, 안타깝게도 식물성 공급원에는 이러한 필수 아미노산이 매우 부족하다고 합니다.
가장 좋은 식품 공급원은 변성되지 않은 고품질의 동물성 식품입니다. 이러한 식품에는 변성되지 않은 풀을 먹여 키운 유청 단백질과 배양된 생풀을 먹여 키운 유제품 및 생 유기농 달걀이 포함됩니다. 이러한 배양된 풀을 먹인 생유제품은 생체이용률이 높은 아미노산의 매우 좋은 공급원이며 다른 어떤 식품보다 많은 시스테인을 제공합니다.
글루타치온 및 글루타치온 전구체가 포함된 건강기능식품 섭취
글루타치온 수치가 산화 스트레스를 따라가지 못하는 임계치에 도달하면 건강이 급격히 나빠지게 됩니다. 갑자기 항체 형성이 급증하여 자가 면역 질환이 발병하거나 만성 통증이 발생하거나 더 이상 기운이 전혀 없거나 종양이 빠르게 자라는 경우(암인지 여부와 관계없이)가 여기에 해당합니다.
따라서, 우리 몸에서의 글루타치온 저장량을 늘리기 위해 글루타치온이 포함된 건강기능식품 또는 글루탐산, 시스테인, 글리신과 같은 주요 전구체가 함유된 제형 화합물 형태의 건강기능식품을 섭취하는 것도 방법이 될 수 있습니다. 또한, 강황, 밀크씨슬과 같은 허브와 MSM, NAC(N-아세틸 시스테인), 리포산과 같은 유황 화합물도 있습니다. 셀레늄도 글루타치온 수치를 높이는데 도움이 되는 미량 미네랄입니다.
그러나 글루타치온 전구체가 포함된 건강기능식품의 문제점은 대부분 장 장벽을 통해 흡수되지 않는다는 것입니다. 그런데 아세틸화된 글루타치온은 소화관에서 살아남아 혈중 글루타티온 수치를 개선하는 것으로 밝혀졌기 때문에 아세틸화된 글루타치온을 사용하는 것이 좋습니다.
마무리 하며
지금까지 우리 몸에서의 마스터 항산화제로 알려진 글루타치온에 대해 살펴보았습니다.
여러 논문들과 의학 자료를 확인하면서 정리를 하고 있는데, 의학도가 아니다 보니 부족한 부분도 있습니다. 부족한 부분은 계속 공부해 나가면서 업데이트하도록 하겠습니다.
최근에 주변에 사람들을 만나면서 느끼는 것은 아픈 사람들이 너무나도 많다는 것입니다. 돈도 중요하지만 그 보다 이제는 우리 몸에 대해 좀더 관심을 가지고 돌보았으면 하는 바램입니다.
제가 작성하는 자료들이 건강에 관심이 있는 분들에게 조금이나마 도움이 되길 바라면서 이번 글을 마무리 하도록 하겠습니다.
참고자료
1. https://drhyman.com/blog/2010/05/19/glutathione-the-mother-of-all-antioxidants/
2. Schnelldorfer T, Gansauge S, Gansauge F, Schlosser S, Beger HG, Nussler AK. Glutathione depletion causes cell growth inhibition and enhanced apoptosis in pancreatic cancer cells. Cancer. 2000 Oct 1;89(7):1440-7. PMID: 11013356
3. Nicola Traverso, Roberta Ricciarelli, Mariapaola Nitti, et al., “Role of Glutathione in Cancer Progression and Chemoresistance,”Oxidative Medicine and Cellular Longevity, vol. 2013, Article ID 972913
4. Garrido M, Tereshchenko Y, Zhevtsova Z, Taschenberger G, Bähr M, Kügler S. Glutathione depletion and overproduction both initiate degeneration of nigral dopaminergic neurons. Acta Neuropathol. 2011 Apr;121(4):475-85. PMID: 21191602
5. Dröge W, Breitkreutz R.Glutathione and immune function. Proc Nutr Soc. 2000 Nov;59(4):595-600. PMID: 11115795
6. Chang WK, Yang KD, Chuang H, Jan JT, Shaio MF. Glutamine protects activated human T cells from apoptosis by up-regulating glutathione and Bcl-2 levels. Clin Immunol. 2002 Aug;104(2):151-60. PMID: 12165276
7. Nicola Traverso, Roberta Ricciarelli, Mariapaola Nitti, et al., “Role of Glutathione in Cancer Progression and Chemoresistance,”Oxidative Medicine and Cellular Longevity, vol. 2013, Article ID 972913
8. Jain SK, Micinski D. Vitamin D upregulates glutamate cysteine ligase and glutathione reductase, and GSH formation, and decreases ROS and MCP-1 and IL-8 secretion in high-glucose exposed U937 monocytes. Biochem Biophys Res Commun. 2013 Jul 19;437(1):7-11. PMID: 23770363
9. Holick MF, Chen TC. Vitamin D deficiency: a worldwide problem with health consequences. Am J Clin Nutr. 2008 Apr;87(4):1080S-6S. PMID: 18400738