비타민C 강의 –이 왕재 (서울의대교수) / 비타민C의 효능과 현대인의 건강’ 학술좌담회(2007)

 

비타민C 강의 –이 왕재 (서울의대교수) / 비타민C의 효능과 현대인의 건강’ 학술좌담회(2007)

 

정의상 ‘비타민’은 동물이든 사람이든 스스로 체내에서 생성하지 못하기 때문에 먹는 음식을 통해 만들어지는 물질입니다. 아주 적은 양으로 생명을 유지하거나 삶의 질을 높여주는 역할을 하고 있습니다.

 

과거에는 비타민이 ‘생명에 없어서는 안 되는(vital)’ 물질로서 대개 그 구성성분에 ‘아민(amine)’ 계통, 즉 질소화합물이 들어가 있기 때문에 ‘비탈 아민(vital amine)’, 그 말을 줄여서 비타민(vitamine)이라고 불렀습니다. 그러나 비타민이 많이 발견되다 보니까 반드시 아민이 들어가 있지 않은 물질도 있다는 사실이 속속 밝혀지게 되었습니다.

 

그래서 영양학자들이 비타민의 개념을 새롭게 정립하면서 ‘vitamine’이라는 단어에서 ‘e’자를 빼고 오늘날의 이름인 ‘vitamin’으로 부르게 되었습니다. 오늘 우리의 초점이 되는 비타민C에서도 아민 구조가 없습니다. 따라서 과거의 정의를 적용한다면 비타민C는 비타민이라고 부를 수 없는 물질입니다.

 

잘 아시다시피 비타민에는 수용성과 지용성이 있습니다. 지용성 비타민은 우리의 관심사가 아니기 때문에 말씀 드리지 않고, 수용성에 대해서만 살펴보도록 하겠습니다. 수용성 비타민의 대표적인 것으로는 비타민B와 C가 있습니다. 비타민B와 C는 근본적으로 다릅니다. 비타민B는 B대로 굉장히 중요한 물질입니다. 그러나 비타민B가 부족해서 죽는 일은 없습니다.

 

우리가 의과대학 시절 배운 것처럼 비타민B가 부족하면 각기병(beriberi)이 생길 수 있는데, 그 병으로 죽지는 않습니다. 각기병으로 죽기 전에 굶어 죽기 때문입니다. 배가 고파서 최소한 먹을 음식이 있으면 비타민B가 부족한 병이 걸릴지언정 죽음으로까지 가지는 않는다는 겁니다. 이게 바로 비타민입니다.

 

비타민B의 경우처럼 부족해서 죽기 전에 굶어 죽는 그런 물질이 바로 비타민의 정의에 맞습니다. 그러나 비타민C는 그렇지 않습니다. 배가 고파서 뭔가를 잔뜩 먹고 있음에도 불구하고 비타민C가 부족하게 되면 죽음에 이르게 됩니다. 이러한 예는 영국 해군의 역사 속에 잘 기록되어 있습니다.

 

 18세기 점령지를 향해 배를 타고 가는 영국 해군들에게 먹을 양식을 충분히 주었음에도 불구하고 젊은 선원들이 비실비실 앓다가 죽는 경우가 허다했다고 합니다. 6-7개월 만에 점령지에 도착하면 평균 50%의 젊은 병사가 사망했다는 기록이 있을 정도로 심했다고 합니다. 18세기 유럽의 역사는 바다의 역사인데, 그 속에 비타민C 발견의 역사가 아주 잘 기록돼 있습니다.

 

 

다시 말해서 비타민C는 사람들이 배가 고파서 뭔가를 배불리 먹었음에도 불구하고 죽음에 이르기 때문에 발견된 물질입니다. 그래서 비타민B와 근본적으로 다르다는 겁니다. 왜 다른가를 봤더니 비타민C는 사람에게만 문제가 있었습니다. 그래서 왜 사람에게만 문제가 되는가를 봤더니 다른 포유류 동물들은 비타민C를 자기 스스로 만들고 있더라는 겁니다.

 

다시 말해서 동물에게는 비타민C가 비타민이 아닙니다. 자신의 생명을 위해 스스로 만드는 물질을 비타민이라고 정의할 수 없기 때문입니다. 동물에서는 오히려 호르몬에 가깝지만, 호르몬의 성격도 아니기 때문에 그렇게 정의하기도 어렵습니다. 아무튼 사람도 원래는 동물과 마찬가지로 비타민C를 스스로 만들었다고 합니다.

 

 

모든 포유동물들은 비타민C를 간세포(hepatocytes)에서 만듭니다. 물론 모든 동물이라는 말에는 사람을 포함한 영장류와 기니피그라고 부르는 실험동물은 제외됩니다. 기니피그는 돼지처럼 크게 생겼지만, 사실은 쥐입니다. 이 두 종류를 빼고는 모든 포유류들이 비타민C를 스스로 간세포에서 만들고 있는데, 거기에 쓰이는 원료가 포도당(D-glucose)입니다.

 

포도당이 간세포에서 몇 단계를 거쳐서 L-gulono-γ-lactone이라는 물질이 되고, 그 물질이 산화효소(L-gulono-γ-lactone oxidase, Gulo)에 의해 최종적으로 L-ascorbic acid로 바뀌게 됩니다. 그런데 사람은 L-gulono-γ-lactone이 L-ascorbic acid로 바뀌는 과정에 관여하는 산화효소를 만들어주는 유전자 하나에 돌연변이가 일어나 기능을 못합니다. 그래서 L-gulono-γ-lactone까지만 만들어지고 L-ascorbic acid는 만들어지지 않습니다. 사람에서는 비타민C가 유전적 결함에 의해서 만들어지지 못한다는 사실이 학문적으로 밝혀진 것입니다.

 

실제로 우리는 간세포에서 이 산화효소를 만들어주는 유전자의 흔적을 발견할 수 있었습니다. 그러나 제가 20년 이상 가족과 친구들을 실험 대상으로 해서 연구한 결과들을 아무도 믿어주지 않았습니다. 그래서 그 연구를 실험실로 가지고 들어가기 위해서 저는 사람처럼 비타민C를 스스로 생성하지 못하는 쥐(mouse)를 만들게 되었습니다.

 

Gulo를 만들지 못하는 쥐, 즉 Gulo knockout mouse는 이렇게 해서 탄생됐습니다. 여기서 ‘knockout’이라는 말은 어떤 유전자를 기능하지 못하도록 없애버렸다는 뜻입니다. 쥐에게는 비타민C를 따로 줄 필요가 없습니다. 사료만 주면 잘 삽니다. 사료를 원료로 비타민C를 만들기 때문입니다. Gulo knockout mouse는 전 세계적으로 서울의대와 미국 데이비스 캘리포니아 주립대(UC Davis) 두 군데밖에 없는데, 사람과 똑같이 비타민C를 스스로 만들지 못합니다.

 

 

이 쥐는 매일 1리터당 330mg이라는 많은 양의 비타민C를 음용수에 타주지 않으면 죽습니다. 음용수에 비타민C를 섞어주지 않고 다른 보통 쥐와 똑같이 사료를 먹이면 2주 이내에 비타민C의 수치가 10-15% 줄어듭니다. 5주가 지나면 빈혈이 심해지면서 체중이 확 줄어들고 급기야 5주 반 사이에 모두 죽습니다.

 

우리는 죽어가는 쥐에서 비타민C와 동맥경화의 관계를 조사하기 위해 총콜레스테롤 수치를 측정했는데, 나쁜 콜레스테롤(LDL cholesterol)이 급격히 증가하고 좋은 콜레스테롤(HDL cholesterol)이 급격히 감소했습니다. 동맥경화가 발생하기 좋은 조건이 만들어진 것입니다. 더욱이 대동맥에서 중간층의 탄성판(elastic laminae)이 망가지는 것이 관찰되었습니다.

 

그 뿐만 아니라 동맥경화에서 흔히 관찰되는 평활근세포 이상 증식까지 나타났습니다. 이런 상태가 유지되면 즉시 동맥경화가 발생하게 됩니다. 결국 비타민C를 만들지 못하는 쥐가 보여주는 이 같은 행태는 비타민C가 동맥경화를 예방해주고 있다는 사실을 시사해주고 있습니다.

 

비타민C가 항산화제(anti-oxidant)라는 사실은 잘 알고 있을 겁니다. 그러나 거기서 그치지 않습니다. 비타민C의 또 다른 중요한 기능은 수많은 종류의 효소 중에서도 인체가 생명을 지키는데 요긴하게 사용하는 8개 효소(enzymes)의 보조인자(cofactor) 노릇을 한다는 것입니다. 이 8종의 효소는 비타민C가 보조인자로서 역할을 해주지 않으면 효소로서 제 역할을 하지 못합니다.

 

알고 계시는지 모르겠지만, 비타민C는 가장 강력한 항산화제(most potent anti-oxidant)가 아닙니다. 사실 비타민C의 항산화 능력은 아주 약합니다. 그럼에도 불구하고 우리는 비타민C를 인체에서 가장 이상적인 항산화제(ideal anti-oxidant)라고 부릅니다. 왜 가장 강력하다고 하지 않고 가장 이상적이라고 하는 것일까? 거기에는 비타민C만의 특별한 이유가 있습니다.

 

 

항산화제로서 작용할 수 있는 비타민C의 구조는 세 가지 형태를 갖고 있는데, 비타민C는 묘하게도 두 단계를 거쳐서 항산화 기능을 합니다. 좀 어려운 얘기지만, 항산화 기능이라는 것은 수소이온을 하나씩 줄 수 있는 능력을 갖는 것을 말합니다. 가령 비타민C의 원래 모습인 ascorbate가 수소이온을 하나 주고 항산화 기능을 하면서 ascorbyl radical이 되고, 다시 ascorbyl radical이 수소이온을 하나 주고 항산화 기능을 하면서 dehydroascorbic acid(DHA)가 되는 것이 그것입니다. 항산화제는 비타민C 하나만 있는 것이 아닙니다.

 

비타민A도 있고, 비타민E도 있고, 베타-카로틴도 있으며, 비타민이 아닌 항산화제도 수없이 많습니다. 흔히 이를 ‘항산화물질 네트워크(anti-oxidant network)’라고 부릅니다. 그런데 그런 네트워크 중에서 비타민C만이 유일하게 두 단계를 거쳐서 항산화 기능을 발휘합니다.

 

 

항산화 기능이 이루어지는 화학적 반응에는 에너지가 필요한데, 에너지가 많이 필요하면 항산화 과정이 진행되기 어렵습니다. 그에 비해 비타민C는 수소이온을 하나 주는데 아주 쉽습니다. 전문적으로는 ‘one electron reduction potential’이라고 말하는데, 그 전위(potential)가 아주 낮다는 겁니다. 다시 말하면 아주 쉽게 바뀔 수 있다는 얘기죠. 두 단계에 거쳐 쉽게 바뀐다는 것은 반응이 쉽게 일어난다는 것을 뜻합니다.

 

 

비타민C는 수용성입니다. 지용성 비타민은 어떤 것이 데리고 가지 않으면 움직이지 못하지만, 수용성 비타민은 스스로 혈류를 따라 엄청나게 빠른 속도로 움직입니다. 왜 이렇게 비타민C는 빠른 속도로 아주 약한 항산화 기능을 하는 걸까? 생화학적으로 항산화제는 항산화 기능을 거치고 나면 유해산소(radical)가 되는 특성이 있습니다.

 

 "Radical"에는 그 말 자체에서 알 수 있듯이 독성이 강하다는 뜻이 있습니다. 사람에게 독성을 줄 수 있다는 겁니다. 모든 항산화제가 다 그렇습니다. 그런데 비타민C만이 유일하게 ascorbate가 ascorbyl radical로 바뀌었음에도 불구하고 바뀐 물질의 독성이 가장 적습니다. 이는 비타민C가 인체의 항산화 네트워크에서 어떤 기능을 하는가를 암시해주고 있습니다.

 

예를 하나 들어보면, α-tocopherol로 알려져 있는 비타민E는 항산화 기능이 비타민C보다 훨씬 강합니다. α-tocopherol은 항산화 기능을 하고 나면 α-tocopheroxyl radical로 바뀌게 됩니다. 물론 어떤 항산화제에서도 마찬가지이지만, 이런 유해산소(radical)는 굉장히 빠른 속도로 원래의 모습으로 재생(regeneration)됩니다.

 

그런데 그런 재생이 저절로 일어나는 것이 아니라 어떤 물질의 매개를 통해서 일어납니다. 그래야만 유해산소가 인체에서 독성을 나타내는 시간이 단축되면서 비타민E가 주는 효능을 확실하게 받을 수 있습니다. 바로 여기서 비타민C는 α-tocopheroxyl radical 속에 들어가 전자(electron)를 하나 주고받으면서 α-tocopherol로 바뀌는 재생을 주도해주고 있습니다.

 

 

이처럼 비타민C가 모든 항산화제에 들어가서 간섭을 하려면 먼저 수용성이어야 하고, 전자를 주고받는 전위(potential)가 낮아야 합니다. 그래야만 인체 구석구석까지 신속하게 찾아가서 유해산소의 반응을 막아줄 수 있기 때문입니다. 지금까지 비타민E나 비타민A만 가지고 연구했을 때 효과가 ‘있다’ ‘없다’거나 혹은 오히려 암이나 동맥경화가 악화됐다는 논문들을 꽤 보셨을 겁니다. 그 이유는 바로 이런 항산화제의 중요한 성격을 모르고 비타민E이나 비타민A만 가지고 실험했기 때문입니다.

 

 

우리는 왜 모든 동물이 비타민C를 스스로 만들어낼까 생각해 볼 수 있습니다. 그 동물들은 자기가 필요한 양을 스스로 충분히 포화(saturation)시킨 상태에서 음식물을 통해 들어온 비타민A나 비타민E의 항산화 작용을 완성시키고 있는 겁니다. 이런 걸 보면 어떻게 해야 항산화제에 의한 건강을 도모할 수 있는지 답이 나옵니다. 다시 말해서 동물들처럼 비타민C를 충분히 포화시켜준 상태에서 비타민A든 비타만E든 베타-카로틴이든 먹어야 확실한 효과를 보장받을 수 있다는 점을 말씀 드리고 싶습니다.

 

많은 의사 선생님들도 비타민C가 콜라겐 합성과 관련된 세 가지 효소(proline hydroxylase, lysine hydroxylase, procollagen-proline 2-oxoglutarate 3-dioxygenase)의 보조인자 역할을 한다는 사실밖에는 잘 모릅니다. 대부분이 그 이상을 배운 바도 없고, 공부하지도 않습니다.

 

그러나 그보다 중요한 사실들이 있습니다. 그 중 하나가, 때로는 비타민C가 만성 피로에 시달리는 사람들에게 아주 중요한 치료제가 된다는 것입니다. 생화학적으로 L-carnitine의 합성에는 두 개의 효소(dioxygenases)가 작용하는데, 비타민C가 그 두 효소의 중요한 보조인자입니다.

 

지질인 L-carnitine은 미토콘드리아 속에서 연소하여 힘을 내주는 물질이기 때문에 그 물질이 부족하면 만성 피로에 빠질 수 있습니다. 그래서 비타민C를 먹었더니 만성적인 피로가 싹 가셨다고 말하는 사람들은 대체로 평소 L-carnitine의 합성에 문제가 있었던 경우입니다. 그런 사람들은 비타민C를 주면 금방 호전됩니다. ‘안개가 걷혔다’고 말할 정도로 극적인 변화를 체험하는 사람도 있습니다.

 

또 말씀드리고 싶은 것은 비타민C가 dopamine-β-monooxygenase의 보조인자라는 겁니다. 생화학적으로 도파민은 dopamine hydrxoxylation을 거쳐서 아드레날린으로 바뀌는데, 그 과정에서 이 효소가 작용하게 됩니다.

 

다시 말해서 비타민C가 인체에서 완전 고갈되면 아드레날린이 만들어지지 않습니다. 아드레날린이 만들어지지 않으면 심장박동이 이루어지지 않아 혈압이 올라가지 않습니다. 그래서 죽게 됩니다. 아울러 비타민C는 콜레스테롤을 담즙산으로 만들거나 스트레스 호르몬의 일종인 스테로이드을 만드는데 관여하는 효소인 7α-monooxygenase의 보조인자이기도 합니다.

 

결국 비타민C가 없으면 아드레날린도, 스테로이드도 만들어지지 않습니다. 이 두 과정은 모두 부신에서 일어나는데, 부신수질에서는 아드레날린 합성이, 부신피질에서는 스테로이드 분비가 이루어집니다. 이처럼 부신은 기능적으로 스트레스를 이기게 해주는 장기라고 할 수 있습니다. 단일 장기로서 비타민C가 가장 많이 쌓여 있는 부위가 바로 부신입니다.

 

 

에스키모인은 싱싱한 과일이나 채소를 못 먹는데도 불구하고 괴혈병이 아주 적다고 합니다. 그래서 그들의 생활상을 조사해 봤더니 조상 대대로 ‘죽지 않기 위해서는 사냥을 하자마자 사냥감의 배를 갈라서 콩팥을 떼어 먹어라’라는 지혜가 숨어 있더라는 겁니다. 부신은 바로 콩팥 위에 붙어 있습니다. 콩팥 속에는 비타민C가 별로 없지만, 부신에는 비타민C가 농축돼 있습니다. 그래서 에스키모인은 싱싱한 과일이나 채소를 못 먹어도 괴혈병이 없다고 합니다.

 

1999년에는 임상 분야에서 가장 탁월한 저널의 하나인 The Lancet에 비타민C와 산화질소합성효소(endothelial nitric oxide synthetase)의 관계를 규명한 연구 결과가 실렸습니다. 이 논문은 ‘비타민C로 고혈압을 치료한다(Treatment of hypertension with ascorbic acid)’는 제목으로 보고됐는데, 비타민C가 산화질소합성효소를 조절함으로써 혈압을 떨어뜨린다는 사실이 무작위, 위약대조, 이중맹검(randomized, placebo-controlled, double-blind) 연구를 통해 밝혀진 것입니다.

 

1749년 제임스 리드라는 영국 해군 군의관이 처음으로 괴혈병에 관해서 의학적으로 보고를 했지만, 그로부터 250여년이 지난 최근까지도 괴혈병의 사망 원인(cause of death)을 우리는 몰랐습니다. 비타민C를 몇 개월 안 먹으면 왜 죽는 것일까? 그러다가 2003년 10월 마침내 그 이유가 부신기능부전(adrenal insufficiency)에 있다는 연구 결과가 The FASEB Journal에 보고됐습니다.

 

즉 아드레날린을 만들거나 스테로이드를 만드는 부신의 기능이 멈춰지기 때문에 사망한다는 것입니다. 얼마 전 외국의 유명한 모델 자매가 다이어트를 하다가 사망했다는 뉴스를 들으셨을 겁니다. 생각해 보십시오. 다이어트를 하면 영양실조나 병에 걸리는 것은 이해할 수 있지만, 왜 죽기까지 하는 것일까? 그것은 분명히 비타민C가 부족해서 죽었다고 저는 생각합니다.

 

아드레날린이 부족하면 심장박동과 혈압을 유지하지 못해서 죽는 것이 아닌가 생각되는데, 요즘 주목을 끌고 있는 돌연사(sudden death syndrome)도 그런 원인이 있지 않나 싶습니다. 과거 18세기 영국 해군 선원들이 칼로리 위주의 식사를 하면서 서서히 비타민C가 고갈되고 결국 죽게 된 것과 똑같은 현상이 오늘날 현대인에게도 재현되고 있다고 할 수 있습니다

자료출처:비타민C항암센터

 

 

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