멜라토닌

멜라토닌은 결정성 고체로 물에 잘 녹지 않고 유기 용매인 에탄올, DMSO, DMF 등에 녹는 성질이 있다. 멜라토닌(N-아세틸-5-메톡시트립타민; N-acetyl-5-methoxytryptamine)은 동물 뇌의 송과선에서 생산되는 호르몬이며, 가장 잘 알려진 역할은 수면시간 및 혈압 조절 등과 관계있는 일주기(circadian) 리듬의 조절이다. 식물에서도 산화 작용에 대한 일차적인 방어작용 역할을 한다. 의학적으로는 방사선 노출, 알츠하이머 병 및 이명 등의 치료를 위해 사용된다. 멜라토닌 생산량이 매우 많으면 우울증이 발생할 수 있고, 매우 적으면 불면증이 유발될 수 있다. 따라서 불면증 치료제로 사용되기도 하지만, 효과에 대해서는 논란의 여지가 있다. 멜라토닌에 의한 생물학적인 효과는 대부분 멜라토닌 수용체 활성화, 항산화 효과, 핵과 미토콘드리아에 존재하는 DNA를 통해서 일어난다.

목차

멜라토닌은 인돌의 3번 위치에 2-아세트아미도에틸(2-acetamidoethyl) 치환기가 있고 5번 위치에 메톡시기가 있다. 구조적으로 세로토닌의 일차 아민에 아세틸기를, 알코올에 메틸기를 도입하면 멜라토닌이 된다. 멜라토닌의 유래는 그리스어 melas(검은색) + tonin(stretch, 묽혀 양을 늘림)으로 검은색을 희석한다는 뜻이다. 멜라토닌은 1917년에 멕코드(Carey Pratt McCord)와 알렌(Floyd P. Allen)이 소의 송과선 추출물을 양서류에 먹이면 올챙이 피부색깔이 엷어지는 작용을 연구하는 과정에서 발견되었다. 1958년에 피부과 의사 러너(Aaron B. Lerner)가 피부병 치료에 사용하기 위한 연구 과정에서 소의 송과선 추출물로부터 호르몬을 분리하였고 멜라토닌이라 이름붙였다. 1970년대에 일주기 생체리듬과 멜라토닌의 생산량이 밀접한 관계가 있다는 것을 입증하였다. 항산화 효과가 있다는 것은 1993년에 확인되었다.

멜라토닌의 구조

인간의 경우 일주기 시계는 시각교차위핵(suprachiasmatic nucleus, SCN)이라고 불리는 영역에서 발견되는데, SCN은 매일의 명암 주기를 사용하여 일주기를 생성하고 유지 관리한다. 뇌 송과선은 밤 또는 어두울 때 멜라토닌을 방출하고 낮 또는 밝을 때 방출을 억제한다. 동물에서 주요 기능은 낮과 밤 주기의 조절이다. 유아기 멜라토닌 수준은 밤 12시에서 아침 8시에 가장 많이 생산되며,  출생 후 석 달 째에 일정해지게된다. 멜라토닌 생성은 나이가 들어감에 따라 감소하며, 청소년기에는 밤에 생성되는 멜라토닌이 감소되며 늦게 자고 늦게 일어나는 결과를 초래한다.

멜라토닌은 강력한 라디칼 포착제(scavenger)이다. 항산화제로서 세포막과 혈액-뇌 장벽도 잘 통과한다. 지질, 단백질, DNA 등이 산화되어 손상되는 것을 막아주는 역할을 한다. 라디칼 산소와 질소를 직접적으로 포착하는 기능이 있다. 지용성 항산화제로서 비타민 E보다 두 배 더 강한 효과를 나타낸다. 다른 항산화제와 차별되는 점은 멜라토닌의 대사물질도 항산화 효과가 있다는 것이다.

면역계와 멜라토닌은 상호작용하는 것으로 알려져 있으나 세부 작용기작에 대해서는 연구가 더 필요한 상황이다. 항염증 효과에 대한 문헌은 다수 존재한다. 멜라토닌이 사이토카인 생성을 증가시키고 궁극적으로 획득면역결핍을 방해할 수 있다는 보고가 있다. HIV, 박테리아 감염, 암 치료에도 효과가 있을 것이라는 보고가 있으나 임상 연구결과는 아직 없다.

멜라토닌은 어린이와 노인의 불면증, 시차적응, 수면지연상태 증후군, 영유아의 야간 깨우기 횟수를 줄이는 데 도움이 된다고 알려져 있다. 멜라토닌 수용체 는 뇌, 심장 혈관계, 간, 내장 및 신장에 존재하므로 멜라토닌은 여러 기관에서 작용하며, 면역 및 항염증에도 중요한 역할을 한다. 또한, 멜라토닌은 카드뮴, 알루미늄, 구리 등의 금속과 착물을 형성한다고 알려져 있다. 미국에서는 건강보조제로 분류가 되어 있어 처방전 없이 구할 수 있으나, 우리 나라에서는 의사의 처방전이 꼭 필요한 전문의약품으로 분류되어 있다. 

멜라토닌 생합성은 L-트립토판으로부터 트립토판-5-하이드록실레이스 효소에 의해 인돌의 5번 위치에 하이드록시기가 도입되는 것으로 시작된다. 5-하이드록시트립토판을 인식하여 카복실산을 제거하는 5-하이드록시트립토판 탈산효소에 의해 중요한 신경전달 물질인 세로토닌이 합성된다. 세로토닌 아세틸 전달효소와 아세틸 코엔자임 A에 의해 세로토닌의 일차 아민에 아세틸기가 도입된다. 마지막으로 하이드록시 작용기에 O-메틸 전달효소와 S-아데노실 메티오닌에 의해 메틸화 반응이 일어나 멜라토닌이 합성된다.

멜라토닌의 생합성