스크랩 마늘과 유기 황화합물 (Organosulfur Compounds)

[노털(고문 노영무)]

요 약

1) 마늘(Allium sativum L.)은 특히 유기 황화합물을 많이 함유하고 있으며, 유기 황화합물은 현재 여러 가지 질병을 예방하고 치료하는 효과가 있어 많은 연구의 대상이 되고 있다.

2) 마늘을 으깨거나 자르면 alliinase라는 효소가 유출되어 나오며, 이 효소의 작용으로 allicin이 만들어 진다. Allicin은 신속히 유기 황화합물로 분해된다.

3) 마늘을 으깨거나 자른 후 즉시 가열하여 요리하면 alliinase가 불활성화되어 allicin을 만들 수 없게 되므로 일부 과학자들은 으깨거나 자른 후 10분 이상 경과한 다음 요리할 것을 권하고 있다.

4) 마늘성분을 함유하는 여러 종류의 건강보조식품이 시중에 나와있으며, 이들은 제조과정의 차이 때문에 유기 황화합물의 조성이 서로 다르다.

5) 무작위 임상시험의 결과 마늘 건강보조식품은 혈소판 응집현상을 방해하며, 혈청지질(콜레스테롤: cholesterol) 프로필을 개선하는 효과도 있다. 그러나 마늘 건강보조식품이 심장혈관계 질환을 예방해줄 수 있는지는 알려진 바가 없다.

6) 많지 않은 역학연구의 결과로서 마늘, 양파, 리크 등의 파속 식물(Allium vegetable)을 많이 섭취하면 위암과 대장암에 예방 효과가 있는 것으로 알려지고 있지만, 마늘에서 추출한 유기 황화합물이 인간 암의 예방과 치료에 유효한지는 알려진 바가 없다.

서 론

수세기 동안 많은 문화권에서 마늘은 요리의 재료와 의약적인 목적으로 이용되어 왔다. 마늘에는 마늘 특유의 냄새와 맛의 원인이 되며 우리 몸에 유익한 효능을 발휘하는 것으로 생각되는 유기 황화합물을 특히 많이 함유하고 있다. 사람들은 마늘이 정말 건강에 유익한지에 강한 흥미를 갖고 있으며, 마늘 건강보조식품은 미국에서 가장 많이 팔리는 건강보조식품 중 하나이다. 과학자들은 마늘에서 추출한 유기 황화합물이 암과 심장혈관계 질환 등의 만성질환에 예방과 치료 효과가 있는지에 흥미를 갖고 있다.

마늘의 유기 황화합물

마늘에서 발견된 유기 황화합물에는 다음의 2 종류가 있다:

1) 감마글루타밀시스테인(gamma-glutamylcysteine)

2) 시스테인설폭사이드(cysteine sulfoxide)

cysteine sulfoxide 중 약 80%가 alliin(allylcysteine sulfoxide)이다. 생마늘을 으깨거나, 자르거나, 씹으면 allinase라는 효소가 유출되어 나온다. Allinase는 촉매로 작용하여 cysteine sulfoxide를 sulfenic acid로 분해한다. 이어서 sulfenic acid는 자연적으로 서로 반응하여 불안정한 화합물인 thiosulfinate를 만든다. Alliin의 경우에는 분해산물인 sulfenic acid가 서로 반응하여 allicin으로 알려져 있는 thiosulfinate를 만든다. Thiosulfinate의 생성반응은 매우 신속하게 이루어져 마늘을 으깬지 10-60초 이내에 반응이 완성되는 것으로 밝혀졌다. Allicin은 또 마늘의 기름 성분인 ajoene과 vinyl dithiin의 도움으로 diallyl sulfide(DAS), diallyl disulfide(DADS) 및 diallyl trisulfide(DATS) 등의 여러 가지 지용성 유기 황화합물로 분해된다. 마늘을 으깨어도 gamma-glutamylcysteine의 양에는 변화가 없다. S-allylcysteine 등의 수용성 유기 황화합물은 으깬 마늘을 물속에 담가서 실온에서 장시간 방치하는 경우 gamma-glutamylcysteine이 분해되면서 생성된다.

생체 이용율(bioavailability)과 물질대사(metabolism)

1. Allicin-유도 화합물

Allicin-유도 화합물의 흡수와 물질대사는 오직 일부분만 알려져 있다. 비록 allicin-유도 화합물이 많은 생물학적인 활성을 나타내고 있지만, 이들 화합물이나 대사물질이 실제로 작용의 목표가 되는 조직에 도달하는지도 아직 불분명하다.

방사성원소로 표식을 한 화합물을 이용한 동물 연구 결과 allicin이나 그 분해산물이 장(腸) 에서 흡수되는 사실이 밝혀졌다.

하지만, allicin과 diallylsufide, ajoene, vinyldithiin 등의 allicin-유도 화합물은 결코 사람의 혈액, 소변이나 대변에서 검출되지 않으며, 심지어는 생마늘을 25g 또는 정제된 allicin을 60mg 섭취하는 경우에도 검출되지 않는다. 이 때문에 allicin과 allicin-유도 화합물은 신속하게 대사되는 것으로 판단된다. 호흡 시 배출되는 allyl methyl sulfide의 양은 allicin과 allicin-유도 화합물의 생체 이용율의 지표로 인정되어 왔다. 분쇄한 마늘과 동량의 allicin, DADS, DATS, ajoene을 사람이 섭취하면 호흡 시 allyl methyl sulfide의 농도가 비슷하게 상승되는 사실로 보아 allicin과 allicin-유도 화합물이 숨을 내쉴 때 측정되는 휘발성 화합물인 allyl methyl sulfide로 대사되는 것으로 보여진다.

2. Gamma-Glutamylcysteine과 S-Allylcysteine

사람이 마늘을 섭취한 후 소변에서 S-allylcysteine과 S-1-propenylcysteine 의 대사물질이 검출되는 것으로 보아 Gamma-Glutamylcysteine은 원래의 물질 그대로 흡수되어 우리 몸 안에서 S-allylcysteine과 S-1-propenylcysteine으로 가수분해되는 것으로 보여진다.

S-allylcysteine을 함유하는 숙성된 마늘추출물(aged garlic extract)을 사람이 섭취하면 혈장(plasma)의 S-allylcysteine 농도가 상승되는 사실이 밝혀졌다.

생물학적인 활성(Biological Activities)

1. 심장혈관계 질환(Cardiovascular Disease)의 예방

1) 콜레스테롤 합성(Cholesterol Synthesis)의 방해

마늘과 마늘에서 유도된 유기 황화합물은 간 세포에서 만들어지는 콜레스테롤(cholesterol)의 합성을 저해하는 것으로 드러났다. S-allylcysteine과 ajoene 등의 마늘에서 유도된 유기 황화합물은 콜레스테롤 합성과정에서 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-coenzyme A reductase (HMG-CoA reductase)의 효소작용을 방해하여 콜레스테롤의 생합성을 억제하는 것으로 밝혀졌다.

2) 혈소판 응집(Platelet Aggregation)의 저해

마늘에서 유도된 유기 황화합물은 시험관 내에서 혈소판의 응집을 저해하는 사실이 밝혀졌다.

3) 항염증 활성(Anti-inflammatory Activity)

염증은 심장혈관계 질환의 병리에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다. 마늘에서 유도된 유기 황화합물은 체외 실험에서 염증유발물질인 프로스타글란딘(prostaglandin)의 합성에 관여하는 염증효소인 cyclooxygenase와 lipoxygenase의 활성을 저해하고, 염증성 백혈구인 대식세포(macrophage) 안에서 산화질소합성효소(iNOS: inducible nitric oxide synthase)의 발현을 억제하는 것으로 밝혀졌다.

아주 최근에 유기 황화합물이 배양 대식세포와 인간의 혈액 내에서 염증을 유발하는 신호 분자(signaling molecule)의 생성을 억제하는 것으로 밝혀졌다.

4) 동맥 평활근 세포의 비정상적인 증식을 막는다

정상상태에서는 거의 분열하지 않는 정지된 상태로 존재하는 동맥 평활근 세포가 비정상적인 이주(migration)와 증식(proliferation)을 하는 현상은 아테로마성 동맥 경화증(atherosclerosis)과 관상동맥 재협착증(coronary restenosis) 등 혈관질환의 전형적인 양상이다. 사람의 심장혈관계 질환에 대한 마늘성분의 영향에 관한 발견이 비록 제한적인 세포 배양 연구 결과로 나온 것이긴 하지만, 우리 몸 안에서 마늘의 유기 황화합물이 혈관 평활근 세포의 비정상적인 증식과 이주를 저해할 가능성이 높다는 사실을 보여주고 있다.

5) 항산화활성(Antioxidant Activity)

많은 유기 황화합물이 체외시험에서 항산화 활성을 갖는 것으로 밝혀져 있으며, 세포 내 항산화물질로 중요한 역할을 하는 글루타치온(glutathione)의 생합성을 조장한다는 증거들이 있다. 마늘의 오일성분들을 고혈압 환자가 섭취하면 몸 안에서 지질 산화의 생체지표(biomarker)가 떨어진다는 보고가 있긴 하지만, 마늘에서 유도된 유기 황화합물이 우리 몸 안에서 임상적으로 중요한 항산화작용을 하는지는 아직 분명치가 않다.

2. 암과 관련된 생물학적인 활성

1) 발암물질의 대사에 미치는 효과

1-1) Phase I 대사효소(Phase I biotransformation enzymes)의 저해

일부 화학적 발암물질들은 간세포의 싸이토크롬 P450(cytochrome P450)에 속하는 CYP 효소 등의 Phase I 대사효소에 의해 대사되어 강력한 돌연변이 및 암 유발물질로 변하게 된다.

따라서 CYP 효소를 저해할 수 있다면 발암물질의 활성화를 막아 암으로 발전되는 과정을 차단할 수 있다. 특히 DAS와 그 대사물질은 체외시험과 동물에게 많은 양을 경구 투여한 시험에서 CYP2E1의 활성을 저해하는 것으로 드러났다. 마늘의 오일성분과 DAS를 사람에게 경구 투여하였을 때에도 역시 CYP2E1의 활성을 떨어뜨리는 결과가 나타났다.

1-2) Phase II 대사효소의 유도

phase II 대사효소가 작용하여 발생되는 반응은 일반적으로 우리 몸 안의 약물, 독소 및 발암물질의 제거를 촉진하는 일이다. glutathione S-transferase와 quinone reductase 등의 phase II 대사효소의 활성이 높아지면, 결국, 발암 가능성이 높은 물질들을 제거하게 되어 암으로 진행되는 것을 막을 수 있게 된다. 동물 시험에서 마늘식품과 마늘 유기 황화합물을 경구 투여한 결과 많은 조직에서 phase II 효소의 활성이 높아졌다. 수많은 phase II 효소 생성의 정보를 담고 있는 유전자들은 항산화반응요소(ARE: antioxidant response element)라는 특이한 DNA 배열을 포함하고 있다. 최근의 연구 결과 allyl sulfide, 특히 DATS가 Nrf2로 알려져 있는 전사조절인자(transcription factor)의 위치를 ARE와 결합되어 있는 핵 안으로 이동되도록 조장하고, ARE를 포함하는 유전자의 전사율을 높이는 사실이 밝혀졌다. 대부분의 동물시험에서 비록 많은 양의 유기 황화합물이 투여되기는 했지만, 적어도 한 연구에서 DADS를 투여한 쥐의 위장관(胃腸管)에서 quinone reductase의 활성이 증대된 사실이 밝혀졌으며, 이는 사람에게도 같은 결과가 나올 것으로 생각된다.

1-3) 세포 내의 글루타치온 생합성(cellular glutathione synthesis) 증대

글루타치온은 중요한 세포 내 항산화제이며, 일부 phase II 대사반응에도 필요한 물질이다. 세포배양시험과 동물시험에서 마늘의 유기 황화합물이 세포 내 글루타치온의 농도를 높인다는 사실이 일부 증명되었다. 많은 phase II 대사효소의 유전자처럼 글루타치온의 생합성에 중요한 역할을 하는 효소의 유전자도 항산화반응요소(ARE)를 포함하고 있다. 따라서 마늘의 유기 황화합물은 ARE와 결합되어 있는 핵 안으로 Nrf2 전사조절인자(transcription factor)가 이동되도록 조장하여, ARE를 포함하는 유전자와 Nrf2 전사조절인자가 결합되게 해서 세포 내 글루타치온 생합성률을 높여주는 것으로 보인다.

2) 세포주기(cell cycle)의 저지를 유도

조절을 벗어난 세포분열은 암으로 가는 보증수표이다. 정상세포에서는 세포분열 이전에 DNA 복제(replication)와 염색체 분리(chromosomal segregation)과정이 정상상태를 유지하도록 세포주기가 완벽하게 조절된다. 우리 몸은 DNA가 손상이 되면, 손상된 DNA가 복구되도록 세포주기를 일시적으로 저지시키거나 세포사멸(apoptosis)을 유도하는 과정을 활성화시켜 DNA가 손상된 세포를 사멸되도록 한다.

세포배양시험결과, DADS, DATS, ajoene, S-allylmercaptocysteine (SAMC) 등의 마늘에서 유도된 유기 황화합물을 암세포에 가하면 암세포의 세포주기를 저지하도록 유도하는 것으로 밝혀졌다.

3) 세포사멸(apoptosis)의 유도

세포사멸은 유전적으로 손상되거나 더 이상 쓸모가 없게 된 세포를 스스로 사멸하도록 유도하는 생리적으로 정상적인 과정이다. 암 이전 세포(precancerous cell)와 암 세포(cancerous cell)는 세포사멸을 유도하는 신호에 저항력이 있다. 마늘에서 유도된 allicin, ajoene, DAS, DADS, DATS, SAMC 등의 유기 황화합물을 암 세포에 가하여 배양 시험한 결과 이들이 암세포의 사멸을 유도하는 것으로 드러났다. 동물시험에서 마늘의 수용성 추출물과 S-allylcysteine 을 경구 투여하면 구강암 세포의 사멸률이 높아진다는 연구 보고가 있다.

4) 항균활성(Antimicrobial Activity)

마늘 추출물은 실험실 연구에서 항세균성과 항진균성이 있는 것으로 밝혀졌다. 특히 allicin 등의 thiosulfinate는 마늘의 항균활성에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. DATS와 ajoene 등의 allicin에서 유도된 화합물도 일반적으로 allicin에 비해서는 약하지만 체외 시험에서 어느 정도 항균활성을 나타낸다. 이와는 대조적으로 무작위 비교시험(Randomized controlled trial)에서 마늘성분을 가미한 구강제품에서 상당한 항균활성이 나타난다는 확실한 증거는 아직 없다. 소단위 무작위 비교시험에서 마늘에서 유도된 유기 황화합물인 ajoene을 1%함유하는 크림(cream)을 매일 2회씩 발무좀이 있는 환부에 바르면, terbinafine을 1% 함유하는 라미실크림(Lamisil cream)과 같은 정도의 치료효과를 보인다.

Written by: Jane Higdon, Ph.D., Linus Pauling Institute, Oregon State University

[현이아빠]

정보감사^^