세로토닌

세로토닌(serotonin)은 뇌의 신경전달 물질로 이완과 수면을 증진시키는 화합물이다. 세로토닌은 강력한 혈관축소제이고 평활근을 수축하게 하며 뇌 활동의 자극제이다. 세로토닌의 분자식은 C₁₀H₁₂N₂O이며 계통명은 3-(2-아미노에틸)-1H-인돌-5-올 (3-(2-aminoethyl)-1H-indol-5-ol)이다. 그외의 다른 이름은 5-하이드록시트립타민 (5-hydroxytryptamine), 5-HT, 3-(β-아미노에틸)-5-하이드록시인돌 (3-(β-aminoethyl)-5-hydroxyindole), 5-하이드록시-3-(β-아미노에틸)인돌 (5-hydroxy-3-(β-aminoethyl)indole), 엔터라민 (enteramine),  트롬보사이틴 (thrombocytin),  트롬보토닌 (thrombotonin)이다.

세로토닌은 인체의 모든 조직에만 존재하지 않고 호기성 유기체인 식물과 박테리아에도 존재한다. 특히 말벌과 두꺼비 독에도 세로토닌이 존재한다. 세로토닌은 인체에서는 수임이 되자 마자 모체의 장내 크롬친화 세포 (enterochromaffin cell)에서 생산되어 모체의 혈액 내 혈소판으로 운반되어 영양인자(trophic factor)로 작용한다. 동시에 임신 초기에 태아는 중뇌에서 자신의 세로토닌을 합성한다. 태아의 뇌와 체내 전반에 걸쳐 세로토닌 작동성 뉴론이 분포되면 곧이어 신경계 모두 분화, 이동, 성숙이 증진한다.

세로토닌은 신경전달 물질이자 호르몬이며 주로 뇌, 창자 및 혈소판에서 발견된다. 무척추 동물인 경우에는 신경계 전반에 걸쳐 분포하지만, 포유동물의 경우애는 중뇌의 솔기핵(raphe nuclei)의 특정한 부분인 중추신경에 세로토닌 세포가 존재한다.

1948년 라포트(Rapport)가 혈관벽 수축 상태에 영향을 주는 혈청 화합물을 발견하여 이름을 sero(혈청, serum) + 수축(tonic) + in(알칼리성 물질에 붙이는 접미사) 의미로 세로토닌이라 명명하였다. 그러나 2년후 그는 화합물의 구조가 5-하이드록시트립토판인 것을 알았다.

뇌에서 행복감을 느끼게 해주는 화합물은 도파민, 엔돌핀, 옥시토신과 세로토닌 4 가지가 존재한다. , 이 네 가지 화합물은 각기 다른 행복감을 주는데, 도파민은 성취감, 엔돌핀은 통증 망각, 옥시토신은 사회적 소속감 만족. 그리고 세로토닌은 자부심을 준다고 한다. 즉 사회 생활 중 우위를 가지는 데에서 느끼는 안도감을 준다. 사회적으로 상대방보다 강자임을 인식하면 세로토닌의 분비가 증가하여 공격적으로 변한다. 항우울제인 플루옥세틴[프로작 (Prozac)]은 세로토닌의 수준을 올려준다.

목차

우리가 잠에서 깨어 있는 경우 세로토닌 뉴런이 가장 활발하다가 수면이 시작되면 활성도가 감소하고 렘(REM) 수면에서는 활동도가 사라진다. 이러한 관점에서 수면-깨어 있음의 순환에 세로토닌이 밀접하게 연결되어 있음을 알 수 있다. 세로토닌은 체내에서 멜라토닌으로 변환하여 직접적으로 수면에 관여한다. 과도한 멜리토닌 수준은 수면 방해와 다른 건강 문제를 일으킨다.한편 세로토닌의 감소는 다른 신경 전달 물질인 아세틸콜린의 뇌중 농도를 증가시켜준다. 이러한 이유로 많은 항우울제가 세로토닌 농도를 증가시며 아세틸콜린의 증가를 억제하여 렘 수면을 방해함으로써 꿈을 억제한다.

다음은 트립토판으로부터 출발하는 세로토닌의 생합성 경로이다.

세로토닌은 모노아민 옥시데이스(monoamine oxidase, MAO)에 의하여 알데하이드 중간체로 변환하고, 다시 알데하이드 탈수소 효소에 의하여 5-OH-인돌 아세트산(5-HIAA)으로 변한다. 이 화합물은 소변으로 배설된다. 정상적인 성인은 매일 7 mg의 HIAA를 배설한다. MAO 효소를 억제하는 약제(예: 이프로니아자이드, iproniazide)는 뇌안에서의 세로토닌 작용을 연장시켜 심적인 자극을 유발한다. 이와 대조적으로 수용체와 결합한 세로토닌을 유리시키는 약제(예: 레서핀, reserpine)는 세로토닌을 MAO에 노출시켜 우울증을 유발한다.

세로토닌은 뇌와 창자에 존재하는 효소 트립토판 하이드록실레이스(tryptophan hydroxylase (TPH))에 의하여 트립토판으로부터 5-하이드록시트립토판을 생성한다. 이 화합물은 다시 B₆-PO₄ 존재 하에서 효소 5-하이드록시트립토판 데카복실레이스에 의하여 카복실기 이탈이 되어 세로토닌을 생성한다. B₆-PO4 이 효소는 두 가지 유형, TPH₁(말초 기관과 중추신경에 존재함)와 TPH₂(뇌안에서만 존재함)로 존재한다. 세로토닌은 혈액 뇌장벽을 통과하지 못한다. 따라서 뇌안의 세로토닌은 뇌안에 존재하는 트립토판으로부터 합성하는 것이다. 정상적인 사람은 세로토닌을 생성하기 위하여 1 퍼센트의 트립토판을 사용한다고 한다. 

뇌안의 세로토닌 농도가 정상보다 증가하면 뇌 활동을 자극함으로써 흥분시킨다. 지나치게 세로토닌이 작용하며 편두통과 메스꺼움을 유발한다. 그러나 세로토닌의 결핍은 우울증을 초래한다. 플루옥세틴, 서트랄린, 에스시탈로프람 등 몇가지 항우울제는 세로토닌의 생리적 비활성을 억제하여 뇌의 세로토닌 신경전달자의 축적을 초래하여 기분을 고양시킨다. 환각제로 잘 알려진 LSD는 세로토닌의 활동을 억제한다고 한다.

세로토닌 관련된 의약품

1.    Handbook of Behavioral Neurobiology of Serotonin, Christian Muller & Barry Jacobs (Eds.)  Elsevier BV, 2010.

2.    Serotonin - A Chemical Messenger Between All Types of Living Cells, Kaneez Fatima Shad (Ed), ITOe, 2017.