세포의 산화적 손상과 연관된 병리상태를 치료하기 위한ＤＨＡ, ＥＰＡ 또는 ＤＨＡ 유래의 ＥＰＡ의 용도 document_id A220623065474

오메가-3 지방산은 세포의 기능적 온전성을 위해 필수적이며 일반적으로 사람 건강을 위해 필수적이다. 어유 및 해조류의 중요한 오메가-3 성분인 도코사헥사엔산 (22:6 n-3, DHA)은 뇌, 광수용체 및 망막의 시냅스 속에 농축되어 있다. DHA-농축된 식이는 초기에 간에 의해 대사되며 이후에는 혈중 지단백질을 통해 분포되어 각종 기관의 요구를 충족시킨다. DHA의 투여는 조직 수준에서 이의 농도를 증가시켜, 대사적으로 연관된 오메가-3 에이코사펜타엔산 (EPA)의 농도의 증가를 또한 유도하는 반면에, EPA의 투여는 세포 수준에서 오직 이의 농도만을 증가시켜 DHA의 농도를 감소시킨다. 일반적으로, DHA는 세포 막의 인지질 내로 혼입되며, 이의 조성 및 기능성, 반응성 산소 종(ROS)의 생성, 막 지질 산화, 전사 조절, 에이코사노이드의 생합성 및 세포내 신호전달(signal transduction)에 효과를 미친다. 게다가, 중추신경계에서, DHA는 기억과 관련된 학습 능력의 발달, 막의 흥분 기능, 광수용체 세포의 생물발생 및 퀴나제 단백질에 의존적인 신호의 전달에 관여한다. 잠재적 식이 요법은 염증성 병리상태, 종양 과정, 심혈관 질환, 우울증 및 신경계 장애와 같은 특정 병리상태가 발생하거나 진행하는 것을 예방하기 위해 오메가-3 지방산의 최적 수준을 교정하는 것에 기초할 수 있다. 중추신경계에서, 뇌와 망막 둘다는 매우 장기간 지속된 오메가-3 지방산의 식이적 결핍의 상황하에서도 DHA를 보유하는 비정상적 기능을 나타낸다. 몇몇 연구는 뉴론에 대한 DHA의 보호 효과를 기술한 바 있으며, 이러한 보호 효과는 매우 고 수준으로 존재함을 기술하였다. 예를 들면, 이는 아폽토시스(apoptosis)에 의한 사멸로부터 신경세포를 보호하는데 관여한다. 최근에는, 고령의 랫트의 해마에서 감소된 양으로 발견되는 DHA는 글루타메이트에 의해 유도된 세포독성에 대해 상기 세포의 1차 배양물을 보호할 수 있는 것으로 나타났다. 망막의 광수용체에서, DHA는 또한 Bcl-2 계열의 프로-아폽토시스 및 안티-아폽토시스 단백질의 수준을 조절하는 것으로도 나타났다. 망막 광수용체의 외부 절편은 로돕신을 함유할 뿐만 아니라 다른 임의의 세포 유형보다 높은 DHA 함량을 함유한다. DHA는 광수용체 절편 원반의 외막의 인지질에 농축되어 있다. 망막 기능부전은 최적의 DHA 농도가 감소된 조건하에 관찰되었다. 망막 색소성 상피세포(RPE)는 DHA 흡수, 보존 및 수송에서 매우 활발한 역할을 한다. 광수용체 및 RPE 세포 중의 높은 DHA 함량은 수용체, 이온성 채널, 운반체 등의 조절에 기여하는 물리적 특성을 갖는 막 내의 도메인과 주로 연관되는 한편, 또한 포스파티딜세린의 농도를 조절하는 것으로 보인다. 현재까지 이러한 효과들은 전적으로 DHA 자체 또는 대사성 유도체에 의해 매개되는 것으로 공지되어 있지 않다. DHA의 특정 유도체가 망막에서 동정되었다. 상기 유도체의 합성에 관여하는 효소가 정확히 동정되지는 않았지만, 몇몇 최근의 결과들은 A2 포스포리파제(PLA2)의 참여 다음에 리폭시게나제(LOX)가 참여함을 제시한다. PLA2는 막 인지질로부터 DHA를 방출하고 LOX는 이를 이의 대사적 활성 유도체로 전환시킨다. 반응성 산소 종(ROS)은 정상적 세포 기능 동안에 생성된다. ROS는 슈퍼옥사이드 음이온, 과산화수소 및 옥시드릴 라디칼을 포함한다. 이의 높은 화학적 반응성은 단백질, DNA 또는 지질의 산화를 유도한다. 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD), 카탈라제(CAT) 및 글루타티온 퍼옥시다제(GPx)는 ROS의 존재에 의해 유발되는 분자성 및 세포성 손상으로부터 보호하는 주요 항산화 효소이다. 산화적 스트레스는 많은 대사성 채널을 활성화시키고; 일부는 세포보호성인 반면에 다른 것은 세포의 사멸을 유도한다. 최근의 연구는 ROS 생산과 분해 간의 불균형이 많은 질환의 발병기전에서 중요한 위험 인자이며, 일부 경우에 항산화 시스템의 악화와 관련됨을 나타낸다. DHA는 광수용체의 세포 및 RPE에 대한 손상을 유발하는 ROS의 표적으로서 제시된다. 빛에 의해 유도된 망막 퇴행은 광수용체에서의 DHA의 상실을 촉진한다. 예를 들면, RPE 세포가 손상되거나 사멸되는 경우에 광수용체 기능이 손상되는데, 그 이유는 RPE 세포가 광수용체의 생존에 필수적이기 때문이다. 따라서, 산화적 스트레스의 효과하에 RPE 세포의 사멸은, 특히 황반의 세포가 영향을 받았을 때, 시력의 악화를 유도하는데, 그 이유는 황반의 세포가 시각적 예민함을 책임지고 있기 때문이다. 많은 망막 퇴행(예를 들면, 연령 및 스타르가르트 병과 관련된 황반 퇴행)의 병리상태에는 RPE 세포 아폽토시스를 유도하는 산화적 스트레스가 관여한다. 게다가, RPE 세포 아폽토시스는 연령에 따라 관찰되는 황반 퇴행에서의 주된 인자인 것으로 보인다. 이러한 연구는 상기 세포가 이의 높은 DHA 함량으로부터 자체를 보호하는 고도로 효과적인 항산화 기작을 전개하며 주목할만한 적응 기능을 나타냄을 시사한다. 또한, 유리 라디칼과 노화 간의 관련성은 산소호흡 동안 생성된 유리 라디칼이 산화적 손상(이는 축적되어 항상성 기작의 점진적 손실, 유전자 발현 패턴의 간섭 및 세포의 기능성 성능의 손실을 유도하여, 노화 및 사멸을 유도한다)을 유발한다는 증거에 기초하여 완벽히 잘 인정되고 있다. 산화제의 생성, 항산화제 보호 및 산화적 손상의 회복 간에서는 상호관계가 존재한다. 항산화제 방어가 연령에 따라 감퇴되는지 여부를 결정하기 위해 많은 연구들이 수행되었다. 이들 연구는 이의 주요 성분: SOD, CAT, GPx 효소, 글루타티온 리덕타제, 글루타티온-S-트랜스퍼라제의 활성 또는 발현 및 항산화 특성을 지닌 저분자량의 화합물의 농도의 분석을 포함하였다. 예를 들면, 드로소필라 멜라노가스터(Drosophila melanogaster)에서의 SOD 및 CAT의 과발현은 기대수명을 30%까지 증가시키며 단백질 산화에 의한 손상을 감소시킨다. 이러한 맥락에서, UV 광선에 대한 피부 조직의 시험관내 및 생체내 노출은 유리 라디칼과 다른 반응성 산소 종을 생성시켜, 노화에 현저하게 기여하는 것으로 입증된 세포의 산화적 스트레스를 유도한다. 피부가 UV 방사선에 과도하게 노출되면 급성 또는 만성 손상이 유발될 수 있다. 급성 조건하에, 홍반 또는 화상이 발생할 수 있으며, 만성 과도 노출은 피부암과 노화의 위험성을 증가시킨다. 게다가, 피부 세포는 세포 온전성 및 산화적 손상에 대한 내성을 유지시키는데 관여하는 효소와 같은 각종 단백질의 발현을 증가시킴으로써 만성 또는 급성 산화적 스트레스에 반응할 수 있다. 당업계에서 텔로미어는 진핵생물의 염색체의 말단에 위치하는 비-암호화 DNA 영역인 것으로 널리 공지되어 있다. 이는 일렬(tandem)(TTAGG)n로 반복된 고도로 보존된 DNA 서열 및 관련 단백질로 구성되며 텔로미어 융합을 방지하는 다른 염색체의 말단에 대한 연결을 방해하는 특별한 구조를 갖고 있다. 텔로미어는 염색체 온전성의 보존에서 필수적 역할을 하여, 효소 작용 및 이의 분해로부터 암호화 DNA를 보호하고 염색체 안전성의 유지에 기여한다. 반보존적 복제를 갖는 암호화 서열과 달리, 텔로미어는 연속적 세포 분열 동안에 이의 반복적 서열이 점진적으로 손실된다. 오늘날, 텔로미어 기능을 유지하기 위해서는 최소의 텔로미어 길이가 요구되고 텔로미어가 임계 크기에 도달하는 경우에 유사분열시 분열이 어렵게되어 텔로미어 연합(telomeric association; TAS) 및 염색체 불안정이 발생하는 것으로 고려된다. 이러한 염색체 불안정성은 현저한 유전적 변화를 발생시킬 수 있는 오류가 일어날 가능성의 증가와 관련된다. 다수의 이중 결합으로 인해, 오메가-3 지방산은 지질 퍼옥사이드의 생성과 관련된 산화적 스트레스 과정 동안에 유리 라디칼의 생성 및 증식에 대한 분자 표적인 것으로 고려된다. 그러나, 오메가-3 지방산의 식이 보충에 기인하는 산화적 스트레스에 대한 감수성에 관한 각종 연구에서는 모순된 결과가 수득되었다. 사람에서의 일부 연구는 LDL의 증가된 산화를 제시한 반면에, 다른 연구에서는 이러한 효과가 발견되지 않았다. 동물을 이용한 연구에서는, 오메가-3 지방산으로의 처리가 LDL의 산화에 대한 감수성의 증가 또는 감소를 유도하는 것으로 발견되었다. 반면에, 항산화 방어 시스템에 관여하는 유전자의 과발현이 3개월 동안 어유가 풍부한 식이를 공급한 마우스의 간에서 발견되었다. 게다가, 아교세포 기원의 세포주를 이용한 다양한 시험관내 연구는 오메가-3 지방산이 풍부한 막이 산화적 손상에 대해 보다 감수성임을 제시하였다. 이들 세포에 고농도의 DHA를 장기간 보충시킨 결과, 세포 배지 중의 지질 퍼옥사이드의 수준이 증가하였으며 과산화수소에의 노출에 의해 유도된 아폽토시스로 인해서 높은 비율의 세포가 사멸하였다. 그러나, 에틸 도코사헥사에노에이트의 양막내 투여가 랫트의 태아 뇌 속의 지질 과산화를 감소시키는 것으로도 나타났다. 이러한 반응은 항산화 효소의 활성화를 통한 유리-라디칼 격리 효과 때문인 것으로 제시되었다. 뇌에는 다중불포화 지방산이 비교적 풍부하고 항산화 효소가 비교적 적기 때문에, 뇌의 항산화능의 증가는 산화적 스트레스에 대한 1차적 내인성 방어를 위해 중요하다. 이러한 모순된 결과들은 지방산의 산화가 이중 결합의 수에 따라 증가한다는 전제에 기초한 가설이 생체내 적용 가능성이 없음을 시사하는데, 그 이유는 다른 잠재적 기작, 예를 들면, 이중 결합이 ROS에 의한 공격에 덜 감수성이도록 만드는 막의 지질 및 지단백질 중의 오메가-3 지방산의 3차원 구조, PLA2와 같은 산화촉진제 (pro-oxidant) 효소의 억제 또는 항산화제 (anti-oxidant) 효소의 보다 많은 발현이 산화적 손상을 감소시키는 작용을 할 수 있기 때문이다. 반면, 저산소성 조직에서의 허혈-재관류 현상 동안에 막 지질의 손상이 관찰되었기 때문에 신체적 운동을 유리 라디칼의 생성과 관련시키는 개념이 80년대 초반부터 도래하고 있다[참조: Lovlin et al., Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. 1987, 56 (3) 313-6]. 동시에, GSSH/GSH 비율의 증가가 랫트 근육세포[참조: Lew H. Et al. FEBS Lett, 1985; 185(2): 262-6, Sen CK et al., J. Appl. Physiol. 1994; 77(5): 2177-87] 및 사람 혈액[참조: MacPhail Db et al., Free Radic Res Commun 1993; 18(3): 177-81, Gohil K. et al. J. Appl. Physiol. 1988 Jan; 64(1): 115-9]에서 관찰되었다. 유리 라디칼은 또한 DNA에도 영향을 주며, 급격합 신체적 운동은 8-0xodG의 증가로 입증되는 바와 같이 DNA의 손상을 증가시킨다. 고강도의 신체적 활동(마라톤 달리기)은 DNA의 손상(이는 시험 후 수일 동안 명백하다)을 유발하며 또한 면역적격 세포의 손상(이는 이러한 시험 후 스포츠맨에서 나타난 면역 감소와 연관될 수 있다)을 유발한다. 그러나, 다른 저자들은 90분 동안 수영, 60분 동안 달리기 또는 조정(漕艇)에 의한 고강동 활동을 한 후에 어떠한 효과(보다 경미한 손상은 제외)도 관찰하지 못하였다. 동시에, 훈련된 및 훈련되지 않은 스포츠맨들에 대한 조사는, 활동에 대한 후속적 반응에 부수적이고 급성 방식으로 DNA에 대한 운동의 작용이 아닌 것으로 고려되는 손상을 발견하였지만, 8-oxo-dG의 뇨 배설에서의 어떠한 차이도 발견해내지 못하였다. 산화적 스트레스를 생성하는 집중적인 신체적 운동 현상은 당업계에 널리 공지되어 있지만, 이의 원인은 아직 잘 결정되지 않았다. 스포츠 수행과 관련된 n-3 지방산을 이용하여 실시된 연구는 소염 효과에 집중하였으며, 실제로 첫번째 분석은 집중적인 신체적 운동-유도된 기관지수축을 감소시킴으로써 폐포-모세관 흡수를 개선시키는 이들 영양소의 가능한 작용을 찾아내고자 시도하였다. 이와 관련하여, 미클보로우(Mickleborough)는 3.2g EPA와 2.2g DHA 식이를 투여한 후, 엘리트 운동선수에서 TNF-α 및 IL-1β의 존재가 감소됨으로써 전염증성(proinflammatory) 사이토킨이 감쇠되는 것과 함께 기관지수축이 감소됨을 증명하였다. 월서(Walser)는 n-3 지방산 혈관 효과를 신체적 운동에 대해 불내성을 나타내는 사람들에서의 양성 효과와 관련시켰다. 이와 관련하여, 판 호이텐(van Houten) 등은 고 n-3 지방산 섭취가 관상동맥증후군 후에 심장재활을 실시하는 환자에서 보다 우수한 회복과 연관되었음을 연구하였다. 분석된 연구에서의 신체적 수행능에서 명백한 결과가 없었던 것은 건강하지 않은 사람인 환자에 대해 평가되었으며 조사된 것이 혈관 및 염증 효과였기 때문이다. 동시에, 다음의 이론적 개념에 기초한 연구가 수행되었다. 혈장중 유리 지방산이 1mmol/L(글리코겐이 모두 다 사용된 경우에 발생함) 이상으로 증가되는 경우, 트립토판 수송과의 경쟁은 이를 증가시키고 후속적으로 장기간 스포츠에서의 소위 "중추 피로"와 관련된 신경전달물질인 세로토닌이 증가된다. 이와 관련하여, n-3 지방산은 전사 핵 인자 PPARα를 활성화시켜 지방산 산화를 상향 조절함으로써 혈장중 유리 지방산의 양을 감소시키는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 이러한 분석법은 성공적이지 못하였는데, 그 이유는 후프만(Huffman)(2004)이 4g의 n-3 지방산의 용량 요법(300 mg EPA 및 200 mg DHA를 함유하는 500g 캡슐)을 사용하여 두 성별 모두의 경주자에서 연구를 수행하였을 때, n-3 지방산이 투여된 피험자에서 수행능의 증가에 대한 통계학적 경향이 있었지만, 유리 TRP의 어떠한 감소도 발견하지 못하였고 노력의 성과가 거의 인지되지 않았을 뿐 아니라 수행능의 통계학적 증가도 발견하지 못하였으며, 연구에 대한 검정력의 감소 원인이 연구된 피험자의 수(5명의 남성 및 5명의 여성)가 적었기 때문이라는 가능성을 저자들에게 열어두고 있기 때문이다. 수행능과 관련된 n-3 산의 효능을 평가한 다른 후속적 조사는 위약으로서 옥수수 오일을 사용하여 어떠한 유의차도 발견하지 못하였다. 라스타드(Raastad)는 수주 동안 1일당 1.60g EPA 및 1.04g DHA를 투여하였을 때 풋볼 선수에서 어떠한 개선도 발견하지 못하였다[참조: Raastad et al. Scand J. Med Sci Sports 1997; 7(1): 25-31]. 반면, 세포내 수준에서의 지방산의 유사체, 아실-CoA가 미토콘드리아내에서 피루베이트 데하이드로게나제(억제 부산물)을 억제하고 또한 글리코겐분해 및 글루코스신합성을 자극하여 공복 동안 완만한 고혈당을 유발하기 때문에, 유리 지방산은 근육내 글루코즈의 이용을 방해하고, 실제로 공복 동안 다중불포화 지방산의 연속적 투여는 간 수준에서 글루코즈-6-포스파타제를 활성화시켜 혈당을 유지하도록 돕는 것으로 공지되어 있다. 또한, 근육내 지방산의 조성은 인슐린 민감성을 변경하는 것으로 공지되어 있으며, 이는 원형질 막 중의 다중불포화 지방산의 높은 함량이 인슐린 민감성을 개선시키고 포화 지방산의 높은 함량이 반대 효과를 야기함을 나타낸다. 운동은 글루코즈 흡수, 모세관 관류, 글리코겐 합성속도 및 인슐린 민감성을 증가시킨다. 근육 수축 동안 온도, 세포내 pH, ATP/ADP 비율 뿐만 아니라 Ca++ 세포내 농도 및 운동에 의한 세포 기능성 조절에서 메신저로서 작용할 수 있는 기타 대사산물에서 변화가 야기된다. 이와 관련하여, Ca++는 세포내 시그날 전달에서 중요한 매개체인 칼모둘린 키나제, 단백질 키나제 C(PKC) 및 칼시뉴린을 포함하는 다량의 세포내 단백질을 조절한다. 유산소 운동 동안, 아세틸-CoA 카복실라제가 AMP 키나제(AMPK)에 의해 불활성화되고, 이는 말로닐-CoA 수준의 저하를 유도하여 카르니틴 팔미톨 트랜스퍼라제를 탈억제하여 미토콘드리아내 지방산 수송의 증가를 야기한다(이에 따라 지방산 산화가 촉진된다). AMPK 활성화 효과는 대체로 GLUT4의 자극 및 헥소키나제 발현 뿐만 아니라 미토콘드리아 효소를 포함한다. 그러나, 놀랍게도, AMPK 활성화는 운동이 골격근내 글루코즈에 대한 반응을 증가시키는 고유한 방식이 아니다(인슐린 독립적). 문헌[참조: Mora and Pessin, J. Biol. Chem. 2000; 275 (21): 16323-16328]은 근육내 글루코즈 반응의 증가를 제시하였으며, 실제로 GLUT4를 활성화시키는 MEF2A 및 MEF2D와 같은 몇가지 전사 인자가 있으며 이들 인자는 운동에 의해 활성화된다. 근육내 지질의 증가는 비만 상태 및 신체적 훈련에서 공통된 것이지만, 그 결과는 비만한 사람은 인슐린 내성과 관련되는 반면에, 스포츠맨에서는 카르니틴 팔미톨 트랜스퍼라제의 큰 활성이 지방산이 베타 산화되도록 한다는 것이다. n-3 지방산이 풍부한 식이는, 혈당 및 혈중인슐린이 증가되더라도(인슐린 내성의 신호) 인슐린 수용체 수준에서 GLUT-4 단백질 전좌를 유지시키는 작용을 하며, 이는 DHA의 경우에 특이적으로 나타났다[참조: Jaescchke H. Proc. Soc Exp Biol. Med 1995; 209: 104-11].