건강기능식품 기능성 평가 가이드 ‘인지능력개선/기억력개선에 도움을 줄 수 있음’ 편

아세틸콜린은 말초신경계와 중추신경계 모두에서 작용하는 신경전달물질인데, 특히 중추신경계에서는 신경조절인자로서 가소성, 각성 및 보상 체계에 관여한다. 고도의 정신기능, 운동 및 감각기능, 학습 및 기억기능 등을 담당한다. 아세틸콜린에스테라아제(AChE)는 아세틸 콜린을 분해하는 효소로 대뇌피질 및 해마에서 효소활성을 억제함으로써 기억력 개선에 도움을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다. 콜린 아세틸트랜스퍼라아제는 콜린(choline)과 아세틸 보효소A(acetyl-CoA)가 아세틸콜린과 보효소A(CoA)로 변환하는 반응을 촉매하는 효소이다. 알츠하이머병 환자에게서는 측두엽의 신피질, 편도 등의 부위에서 약 50∼90% 정도 감소한다고 알려져 있다. 부틸콜린에스테라아제(BuChE)는 아세틸콜린에스테라아제(AChE)와 같이 콜린에스테라 아제로서, AChE에 비해 아세틸콜린에 대한 친화성이 비교적 낮지만, 높은 농도의 아세틸콜린 조건에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 인지능력 및 기억력과 관련된 가장 대표적인 신경전달물질로는 아세틸콜린(acetylcholine, ACh)을 들 수 있다. 아세틸콜린은 콜린 전달효소에 의해 뇌신경세포내에서 생산되고 시냅스 간극으로 방출된 후 시냅스 후 뉴런의 아세틸콜린 수용체에 붙어 콜린성 신경전달(cholinergic neurotransmission)을 일으키는데 시냅스 간극에 있는 아세틸콜린에스테라아제(acetylcholinesterase)에 의해 분해되어 작용을 마치게 된다. 인지능력 및 기억력 저하는 아세틸콜린에스테라아제의 증가로 더욱 심화된다. 콜린에스테라아제는 아세틸콜린에스테라아제(AChE)외에, 부틸콜린에스테라아제(BuChE)가 있는데, BuChe는 AChE에 비해 아세틸콜린에 대한 친화성이 비교적 낮지만, 높은 농도의 아세틸콜린 조건에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 아세틸콜린에스테라아제(AChE)의 활성 저해효과 측정 실험은 아세틸콜린을 기질로 사용하며 AChE에 의해 생성되는 thiocholine을 DTNB와 반응시켜 그 결과 생성된 5-thio-2-nitrobenzoate를 spectrophotometer를 이용하여 405nm에서 흡광도 변화를 측정한다. 콜린 아세틸트랜스퍼라아제은 단백질 전기영동법 등을 이용하여 측정한다. 단백질 전기 영동법 측정법은 시험물질을 섭취한 실험동물의 대뇌피질과 해마를 lysis buffer를 넣고 균질화하여 원심분리한다. 원심분리하여 얻은 상층액은 단백질을 정량하여 일정량의 단백질을 sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE)로 크기별로 분리한 후, membrane에 이동시킨다. membrane은 skim milk나 BSA(bovine serum albumin)로 blocking 과정을 거친 후, 콜린 아세틸트랜스퍼라아제 1차 항체를 첨가하여 반응시킨다. 그 후 2차 항체를 첨가하여 반응시킨 다음 ECL용액으로 반응시켜 X-ray에 노출시킨 다음 각각의 band를 정량화한다. 산소는 생체 내에서 영양소를 산화시켜 에너지를 만들어내기도 하지만, 이 과정에서 생성되는 ROS는 반응성이 강하여 세포막, DNA, 단백질 등을 공격한다. 체내에는 과잉의 활성 산소를 제거하기 위해 자체적으로 항산화 방어체계를 갖추고 있으나, 이러한 항산화 방어 체계가 잘 작동되지 않으면 노화가 가속화되고 각종 질병이 발생하는 위험도는 증가하게 된다. 뇌는 글루타티온(glutathione, GSH) 함량이 낮은 반면 불포화지방산과 Fe, Al, Cu 등과 같은 metal의 함량이 높고, 대사과정에 산소가 필수적인 이유 등으로 산화 스트레스에 손상당하기 쉬운 장기이다. 이로 인해 DNA의 붕괴, 세포막 손상, 단백질 산화, 신경세포 사멸과 관련되는 신경퇴행성 변화를 일으킬 수 있다. 신경염증(neuroinflammation)은 신경 조직에 염증이 생긴 것으로, 외상성 뇌손상(traumatic brain injury), 감염(infection), 자가면역(autoimmunity) 등 여러 가지 원인에 의해 발생한다. 중추신경계에서의 신경염증은 신경퇴행성질환(neurodegenerative disease)의 중요한 병인인 미세아교세포(microglia) 및 별아교세포(astrocytes)의 활성화를 동반한다. 신경염증에 의하여 활성화된 별아교세포는 보체 활성제(complement activators), 케모카인(chemokines), 사이토카인(cytokines), 유리라디칼(free radical) 등의 염증성 인자를 분비하여 신경세포의 괴사를 촉진하게 된다. 타우단백질(tau protein)은 중추신경계 특히 신경세포의 축색돌기에 주로 존재하는 것으로 미세소관(microtubule)을 안정화시키는 역할을 한다. 타우 단백질 응집의 원인은 정확히 밝혀지지 않았지만 타우단백질의 과인산화(hyperphosphorylation) 현상이 미세소관의 결합을 약화시키고 응집현상을 증가시킨다고 보고되고 있다. 타우단백질의 과인산화로 타우단백질이 미세소관으로부터 떨어져 미세소관의 안정성을 약화시키게 되고 이는 신경세포의 축삭이동 이상을 가져와 퇴행을 야기시킨다. 또한 과인산화된 타우단백질의 독성은 응집을 유발하고 결국 섬유화 형태의 엉킴으로 neurofibrilary tangle(NFT)를 형성한다. 또한, 자체적으로 응축된 타우단백질은 세포 밖에서 다발을 이루면서 활성화산소를 통한 신경세포사멸을 유도한다고 보고되었다. 세포사멸(apoptosis)은 세포의 항상성 유지를 위한 중요한 기전으로 능동적인 세포사멸 과정이다. 형태적으로 세포의 비중감소, 세포막의 파괴, 핵 응축 등과 더불어 세포 내부의 물질들이 사멸체(apoptotic body)라는 포낭을 형성하면서 식세포작용을 거친다. 반면, 세포 사멸의 비정상적인 조절은 신경퇴화 등에 관여하여 결과적으로 기억력에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 세포사멸을 유발하는 경로는 내인성과 외인성 경로로 구분된다. 내인성 경로는 DNA 손상, 활성산소종(reactive oxyzen species, ROS) 등의 자극에 의해 유발되며, 이런 자극은 미토콘드리아 전위조절 능력을 파괴시켜, cytochrome c등을 세포질로 유출시킨다. Cytochrome c는 apoptotic protease activating factor 1 (APAF1) 및 caspase-9과 결합하여 ‘apoptosome’을 형성한 후 caspase-3를 활성화시켜 세포사멸을 유도한다.