칼시토닌

사람의 갑상샘의 방여포세포(parafollicular cell)인 C 세포에서 분비되는 32개의 아미노산으로 이루어진 펩티드 호르몬이다. 혈중 칼슘(Ca²⁺)함량을 낮추는 역할을 하며, 따라서 칼슘 함량을 높이는 부갑상선 호르몬(parathyroid hormone)의 효과에 대응하는 역할을 한다. 어류, 파충류, 조류, 포유류 등의 동물에서도 발견되는데 이들 동물에서는 갑상샘의 전구적 기관이라고 할 수 있는 극인두체(ultimopharyngeal body)에서 만들어지고 분비된다.

목차

갑상샘 C 세포 내에서 칼시토닌을 생성하는 정보를 지닌 CALC1 유전자가 전사 및 번역과정을 통하여 칼시토닌 전구체 펩티드(procalcitonin)가 생성되면, 단백질 분해 효소에 의하여 절단되어 칼시토닌으로 전환된다. 이러한 칼시토닌 유전자 발현을 통한 생성은 혈중 칼슘 농도가 높을 때 자극되어 일어난다. 또한, 위액 분비를 촉진하는 소화기 내장 호르몬인 가스트린(gastrin), 탄수화물 대사 조절 호르몬인 글루카곤 (glucagon) 등에 의해서도 그 생산이 증가한다.

칼슘과 인 대사에 참여한다. 기본적으로 칼시토닌은 체액 칼슘 농도를 높이는 역할을 하는 부갑상샘 호르몬과 대응하여 칼슘 농도를 낮추는 기능을 한다. 뼈의 성장과 유지 과정에서 불필요하게 된 뼈 조직을 분해하여 흡수하게 되는데, 이는 용골세포(osteoclast)의 식작용으로 이루어지며, 이러한 과정은 뼈에서 나와 혈중으로 나가는 칼슘의 양을 증가시키게 된다. 칼시토닌은 이 용골세포의 활성을 줄이는 역할을 한다 뼈에서 칼슘이 빠져나가는 것을 막아주는 역할을 하는 호르몬으로서, 임신과 수유 기간 칼슘의 대사량이 많아지는 시기에 그 생산량이 증가, 태아에게 칼슘을 전달해 주는 것을 돕고, 산모의 골격 보호 역할을 하게 된다. 또한, 신장에서의 칼슘과 인의 흡수를 방해함으로써 소변으로 배출시키거나, 음식 섭취 후 갑작스러운 칼슘 농도 증가를 막아주는 등의 칼슘 농도 항상성 조절에 영향을 미친다. 칼시토닌의 증가가 포유류에서는 중추신경계에 작용하여 포만감을 일으키는 호르몬 생성 조절에도  식욕을 억제하는 기능이 있는 것으로 추측된다 (그림 1).

그림 1. 칼시토닌. 32개 아미노산으로 이루어진 펩티드 호르몬으로서 뼈에서 칼슘이 용출되는 것을 막아준다. (출처: )

갑상샘에 종양이나 암이 발생하면, 갑상샘의 C 세포의 양이 현저히 늘거나, 혹은 반대로 기존의 C 세포의 역할이 억제되면서, 칼시토닌의 분비가 현저히 증가하거나, 지나치게 감소 될 수 있다. 특기할만한 사실은, 몇몇 갑상샘 암 환자들이 설사 증세를 보이는 것 외에는, 칼시토닌의 양이 지나치게 많거나 부족해도 골격 변화와 같은 특별한 이상 증세를 보이지 않는 경우가 대부분이다. 또한, 갑상샘 C 세포 증식을 동반한 종양 진단에 칼시토닌 혈중 농도를 측정하기도 한다. 갑상샘, 신장, 소화기, 폐 등에서의 급성 감염증에서도 칼시토닌 전구체의 양이 현격히 증가하기 때문에 급성 감염 진단을 위한 검사 대상이 되기도 한다.

칼시토닌은 고칼슘혈증과 골다공증이나, 뼈의 모양이 바뀌거나 암이 전이되는 등의 질병을 치료하기 위하여 사용된다. 연어의 칼시토닌은 사람의 칼시토닌과 매우 비슷한 아미노산 서열을 지니고  활성도가 더 높아 치료제로 사용된다. 예전에는 연어에서 직접 추출하여 사용했으나, 현재는 대부분 분자유전학 기술로 합성된 것들을 사용한다.

칼시토닌은 32개 아미노산으로 이루어진 짧은 펩티드인데 1개의 알파나선 구조를 이룬다. N 말단의 시스틴(cysteine)이 7번 시스틴과 이황화 결합(disulfide bond)을 이루어 고리가 잘 구부러지는 줄로 막대에 연결된 듯한 모양과 같은 3차 구조를 이룬다 (그림 1과 그림 2). 또한, C 말단의 프롤린(proline)은 카르복실산기(carboxylate)가 아민(amine)에 결합한 상태로 존재한다. 이는 원래 C 말단에 붙어 있던 글리신(glycine)이 가수분해 및 산화 과정을 거쳐서 아민기를 남기고 떨어져 나가는 C 말단 아민화(C-terminal amidation)가 일어났기 때문이다.  칼시토닌 펩티드 호르몬의 수용체는 G 단백질 연결 수용체(GPCR)로서, 용골세포, 신장, 뇌 등에서 발현한다. 칼시토닌이 결합된 수용체가 G 단백질을 활성화 시키면, 아데닐산고리화효소 (adenylate cyclase)가 활성되어 cAMP가 증가하게 되면 각 세포에 여러 가지 신호를 보내게 되어 혈중 칼슘 농도를 낮추도록 한다.

그림 2. 칼시토닌의 구조. 왼쪽 N 말단 끝이 고리와 같고 알파나선의 막대에 연결되어 있다. (출처: )

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1. Felsenfeld AJ, Levine BS. Calcitonin, the forgotten hormone: does it deserve to be forgotten?. Clin Kidney J. 2015;8(2):180–187. doi: 10.1093/ckj/sfv011

2. Principles of Bone Biology. (2008). Bilezikian JP, Raisz LG, Martin TJ. Academic Press.