발암 물질

발암 물질(carcionogen)은 사람들에게 암을 일으키는 화학 물질을 말하지만 암을 발생시키는 요인은 화학 물질 외에도 광범위하게는 방사선, 자외선, 바이러스, 영양분이 결핍된 음식 섭취, 심적 요인 등 다양하다. 이러한 요인들은 면역 체제의 붕괴를 불러오는 것들이다.

대부분의 발암 물질은 단독 혹은 복합적으로 세포 내의 DNA와 작용하여 정상적인 세포 기능을 방해한다. 최종적으로는 종양(비정상적인 세포 증식)을 형성하고 원래 발생원으로부터 전파되어 다른 조직에 침투하여 기능 장애를 초래하고, 생체 기관의 기능 부전과 사망을 초래한다.  종양의 형성은 DNA가 변형 또는 손상되거나, 정상적인 세포의 자기 파괴를 방지함으로써 세포 분열을 증대시키는 두 개의 중요한 메커니즘이 존재한다. 유전자 정보를 손상시키지 않는 메커니즘으로, 예를 들면, 면역 억제와 조직-특이 염증을 유발함으로서 암을 발생시키는 발암 물질도 존재한다. 국제 보건 기구 (WHO) 산하의 국제 암 연구 기관(International Agency for Research on Cancer, IARC)에서는 전 세계적으로 암 발생을 모니터하고 암 발생 원인을 이해하기 위하여 역학과 실험실에서 연구하여 발암 물질에 관한 화합물들을 열거한다. IARC가 목록하는 발암 물질들은 다양한 산업체로부터의 배출물, 차량, 인간 거주지 및 공장으로부터 발생하는 환경 공해 물질들이다. 그러한 예 중 하나로 최근에 언급되는 아크릴아마이드는 산업 공정이나 높은 온도 에서 조리하는 요리(감자 튀김, 커피 콩 볶기 등)에서 발생한다. 다른 하나의 예는 담배 흡연에서 발생하는 나이트로소아민과 여러 고리 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon, PAH)로 폐암을 유발한다. 발암 촉진제(cancer promoter) 등이 존재하면 암 개시제의 발암 능력을 증폭시킨다.

암발생의 과정에는 많은 요소가 작용한다. 발암 물질에 노출되는 횟수, 흡수된 발암 물질의 농도, 발암 물질 배출에 관한 개별적인 유기체의 저항성, 개인의 생활 습성 등의 요소가 있으며 가장 중요한 것은 노출된 전체 시간이다. 이러한 다양성으로 발암 물질에 대한 연구의 어려움이 생기고 연구 결과도 자주 믿을 수 없게 될 뿐만 아니라, 발암 물질의 위험성은 지나치게 과장되거나 과소 평가된다.

목차

화학적으로 확인된 발암 물질은 무기 화합물과 유기 화합물로 나눌 수가 있다.

무기 발암 물질은 베릴륨, 카드뮴, 철, 코발트, 니켈, 은, 납, 아연, 비소 등의 금속 이온 화합물과 석면을 포함한 실리케이트 분진이 있다.

유기 발암 물질은 몇 가지 방법으로 다시 분류된다. 상당히 많은 친전자성 화합물이 발암 물질이며 친전자성이 아닌 화합물도 대사에 의하여 친전자체로 전환되면 발암 물질이 된다. 라디칼을 형성하는 유기 화합물도 발암 물질이 될 수 있다. 장기에 염증이 지속되면 염증에 의하여 라디칼이 발생하여 외부로부터 흡수된 화학 물질이 발암 물질로 변할 수 있다.

아플라톡신 B1, 스테리그마토시스틴(sterigmatocystin), 사이카신(cycasin) 등

IARC는 900개 이상의 암을 발생시킬 가능성을 가지는 화합물을 검토하여 활성도에 따라서 분류하였다.

여기에서 Group1-2는 발암 물질로 볼 수 있어 대표적인 화합물을 다음에 표시하였다.

미국에서는 NIH, CDC, FDA 등 몇 가지 기관의 일부를 합쳐 국가 독성학 프로그램(The National Toxicology Program , NTP)을 운영하여 몇 년에 한번씩 발암 물질 보고서 (Report on Carcinogens, RoC) 를 갱신한다. 발암 물질 보고서는 발암 물질을 2개의 그룹으로 나눈다:

RoC는 현재 약 250개의 화합물과 노출을 열거하고 있다. RoC는 IARC와 달리 발암 물질이 아니라고 연구된 화합물은 열거하지 않는다.

일반적으로 음식을 가열하면 환원당이 아미노산과 반응하여 여러 단계를 걸쳐 음식을 갈색으로 변하게 하는 메일라드(mailard) 반응이 일어난다. 아크릴아마이드는 높은 온도에서 감자 튀김을 요리하거나 커피를 볶을 때 아스파라진과 글루코스가 반응하여 생성된다. DNA와 아크릴아마이드는 마이클 첨가 반응 (the Michael addition)을 일으킨다. 다음에 대표적인 아크릴아마이드 형성 메커니즘을 표시하였다.

발효 음식이 발효될 때, 아미노산 아르지닌과 시트룰린(citrulline)이 분해되어 유레아(요소)를 생성하고 발효된 에탄올과 반응하여 카밤산 에틸(ethyl carbamate)을 형성한다.

CH₃CH₂OH  +   NH₂C(=O)NH₂ → CH₃CH₂OC(=O)NH₂  +  NH₃

발암 물질은 우리가 흔히 섭취하는 음식에도 존재한다. 다음에 대표적인 예를 들었다. 농도가 묽어서 평소에는 별 문제가 없지만 포볼 (phorbol)에스터, 페노바비탈, 다이옥신 등의 종양 촉진제가 존재하면 위험해질 수 있다. 종양 촉진제 (tumor promotor)는 스스로는 종양을 형성을 일으킬 수는 없지만 종양이 커지도록 자극시키는 물질을 말한다. 

원자 번호 86인 영족 원소 기체로 공기 보다 약 8배 무거운 기체로 질량수 222인 경우에는 반감기가 3.8일이된다.  라돈은 주기율표의 영족 기체에 해당 되기에 비교적 반응성이 낮지만 같은 영족 기체인 제논 (xenone, Xe) 보다는 반응성이 좋다.

미국 환경청에 의하면 폐암 발암 원인인 담배 흡연에 다음 가는 발암 물질이며 비흡연자의 폐암 발암 물질 중 가장 큰 원인을 제공한다고 알려져 있다. 미국의 경우에는 전국토의 라돈 바탕 분포 지도를 작성하여 거주에 적합한 지역을 알려주고 있다. 라돈은 공기 보다 무겁기 때문에 지하실에서 거주하는 경우에는 환기하여 만약에 존재할 수 있는 라돈을 외부로 배출하는 것이 좋다.

라돈은 라듐(radium, Ra) 붕괴의 중간체이며, 자연에서는 토륨(thorium, Th)과 우라늄 (uranium, U)이 천천히 붕괴하면서 발생이 된다. 라돈은 기체이기때문에 쉽게 호흡에 의하여 허파에 도달하여 붕괴하여 고체인 여러가지 방사성 라돈 딸 원소 (후대 원소)로 변하여 분진과 같이 세포 표면에 달라 붙어 방사 붕괴를 하여 최종적으로 안정한 납으로 변한다.

1. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 2014.

2. D. V. ZYZAK et al. J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 4782-4787.

3. B.N Ames, Dietary carcinogens and anticarcinogens, Science 231: 1256-1264,1983.