세로토닌

세로토닌(serotonin)은 모노아민 신경전달물질(monoamine neurotransmitter)로 5-hydroxytryptamine(5-HT)라고도 한다. 세로토닌은 트립토판(tryptophan)으로부터 생합성되며 위장관, 혈소판, 그리고 중추신경계에서 주로 발견된다. 세로토닌은 잘 살기(well-being)와 행복감 등을 느끼는 데 필요한 것으로 잘 알려져 있다.

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우리 몸에 존재하는 세로토닌의 대부분(약 90%)은 위장관의 장크롬친화성 세포(enterochromaffin cell)에서 생산되어 분비된다. 위장관의 세로토닌은 위장관 운동을 조절하는 등의 생리적 기능을 가지고 있다. 한편, 나머지는 중추신경계에 위치한 세로토닌성 뉴런(serotonergic neuron)에서 생산되어 분비되며, 기분(mood), 식욕(appetite), 수면(sleep) 등의 조절에 관여한다.

그림 1. 세로토닌 신경계 () 세로토닌 신경계(빨간색)를 도파민 신경계(파란색)와 비교하여 표시하였다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

중추신경계 세로토닌의 주요한 공급처는 솔기핵(raphe nucleus)이다. 솔기핵은 뇌간(brainstem)의 정중앙을 따라 망상체(reticular formation) 내에 위치한다. 솔기핵의 세로토닌 분비 뉴런에서 뻗어 나온 축삭은 중추신경계 내의 거의 모든 부분을 지배하고 있다(그림 1). 특히, 꼬리쪽 솔기핵(caudal raphe nucleus)의 축삭은 소뇌와 척수쪽으로 머리쪽 솔기핵(rostral raphe nucleus)의 축삭은 뇌 전체를 지배한다.

그림 2. 세로토닌 생합성 ()

사람을 포함하는 포유류에서 세로토닌은 트립토판(tryptophan)으로부터 두 단계를 거쳐서 합성된다(그림 2). 먼저 트립토판 수산화효소(tryptophan hydroxylase, TPH)가 트립토판을 수산화트립토판(5-hydroxy tryptophan, 5-HTP)으로 만들고 이후에 수산화트립토판 탈카르복실효소(5-HTP decarboxylase)가 인산피리독살(pyridoxal phosphate)을 조효소(coenzyme)로 이용하여 수산화트립토판으로부터 세로토닌을 합성한다. 세로토닌은 모노아민산화효소(monoamine oxidase, MAO)에 의해 수산화인돌아세트산(5-hydroxyindolacetic acid, 5-HIAA)으로 대사된다.

세로토닌은 세포막에 위치한 세로토닌 수용체(serotonin receptor)에 작용하여 그 효과를 나타낸다. 리간드의존성 이온통로(ligand-gated ion channel)인 세로토닌 3 수용체(5-HT₃ receptor)를 제외한 나머지 세로토닌 수용체들은 모두 G 단백 결합 수용체이다. 세로토닌 1 수용체(5-HT₁ receptor)와 세로토닌 5 수용체(5-HT₅ receptor)는 G_i/G_o 단백을 통하여, 세로토닌 2 수용체(5-HT₂ receptor)는 G_q 단백을 통하여, 그리고 세로토닌 4 수용체(5-HT₄ receptor), 세로토닌 6 수용체(5-HT₆ receptor), 세로토닌 7 수용체(5-HT₇ receptor)는 G_s 단백을 통하여 세포내 신호전달기전을 활성화시킨다.

우울증이나 불안증세를 완화시키기 위해 세로토닌의 양을 증가시키는 약물들을 이용할 수 있다. 예를 들면, 모노아민산화효소(monoamine oxidase, MAO) 저해제는 세로토닌을 포함한 모노아민(monoamine)의 분해를 막아서 뇌 안에 모노아민 신경전달물질의 농도를 높이는 데 기여한다. 또 다른 약물로 선택적 세로토닌재흡수억제제(selective serotonin reuptake inhibitor, SSRI)가 있다. 이 약물은 모노아민산화효소 저해제에 비하여 세로토닌에 선택적이라 부작용이 적다는 장점이 있다. 다만, 오랜 기간 동안 선택적 세로토닌재흡수억제제를 이용하는 경우 사용 초기만큼의 효과가 지속되지 않는다고 보고되어 있다.

1990년대 후반까지 널리 이용되던 비만 치료제인 펜플루라민/펜터민(fenfluramine/phentermine, fen-phen) 조합 약물은 세로토닌의 분비를 촉진하고 재흡수를 억제하는 기전을 통해 식욕을 억제하는 것으로 알려져 있다. 이 약물은 치명적인 폐동맥고혈압(pulmonary hypertension)과 심장 판막 손상(valvular heart disease)을 유발하여 더 이상 사용할 수 없지만, 세로토닌과 세로토닌 수용체의 조절이 비만 치료에 이용될 수 있는 가능성을 보여 주었다. 세로토닌 수용체 중에서도 세로토닌 2C 수용체(5-HT_2C receptor)가 세로토닌의 식욕 조절에 중요함이 알려져 있으며, 이는 세로토닌 2C 수용체 자극이 시상하부 활꼴핵(arcuate nucleus of hypothalamus)에 위치한 POMC(pro-opiomelanocortin) 뉴런의 흥분성을 증가시켜 식욕을 억제하기 때문인 것으로 밝혀졌다. 2012년에 세로토닌 2C 수용체의 선택적 효현제인 벨빅(Belviq)이 출시되어 비만 치료에 이용되고 있으며, 한국에서도 2015년부터 벨빅이 처방되고 있다.

세로토닌 수용체(serotonin receptor)