대사증후군

심장질환 및 당뇨병, 뇌졸중을 비롯하여 건강 문제의 위험성을 증가시키는 5가지 위험요소들(고혈압, 고혈당, 고중성지방 혈증, 낮은 고밀도지단백 콜레스테롤 그리고 중심비만) 중 3가지 이상을 한 개인이 가지고 있는 것을 대사증후군(metabolic syndrome)이라고 한다. 그 외에 인슐린 저항성은 대사증후군 환자에게 관찰되는 주된 특징 중 하나이다. 전 세계의 성인 대사증후군 유병률이 20~25%이며 미국은 35%까지 보고된 바 있다[1]. 따라서 현재 전 세계가 대사증후군의 범유행을 겪고 있다고 볼 수 있다.

목차

1. 1.대사증후군의 원인
2. 2.대사증후군의 병태 생리학(pathophysiology)
   1. 2.1.중심비만(central obesity)
   2. 2.2.과당(fructose)
3. 3.대사증후군의 예방 및 치료
4. 4.참고 문헌

대사증후군의 원인

대사증후군의 원인은 유전적인 소인과 환경적인 요인들로 복합적이다. 먼저, 유전적인 요인으로는 전장유전체 연관분석(genome-wide association study, GWAS)을 통해서 최소 27군데에 단일염기 다형성(single-nucleotide polymorphism, SNP)이 대사증후군과 관련되어 있다고 알려져 있는데, 이들 SNP들이 많은 경우 지질대사나 인슐린 저항성과 관련된 유전자로 알려져 있다[2]. 환경적인 요인으로는 중심비만을 유도하는 식단, 적은 활동량, 나이, 스트레스 등이 있다.

대사증후군의 병태 생리학(pathophysiology)

간에 선택적인 인슐린 저항성(hepatic insulin resistance)이 생기면서 앞서 말했던 5가지 위험요소들을 유발한다. 따라서 인슐린 저항성이 대사증후군 환자에게서 보이는 우세한 특징 중 하나라고 알려져 있는데, 그러면 인슐린 저항성은 어떻게 발생하는가? 유전적인 소인을 제외하고 본다면, 현재 과학계에서는 크게 두 가지 모델을 제시하고 있다. 첫 번째 모델은 중심비만으로부터 시작되며, 두 번째 모델은 과도한 설탕(sugar), 특히 과당(fructose) 섭취로부터 시작된다.

중심비만(central obesity)

중심비만은 동양인 기준으로 여성일 경우 허리둘레가 85cm 이상, 남성일 경우 90cm 이상을 말한다. 신체질량지수(body mass index, BMI)가 정상범위에 있더라도 중심비만일 수 있는데 심장병 외에 다양한 건강문제와 관련이 높은 것으로 알려져 있다. 중심비만 역시 유전적인 소인들이 있다고 밝혀졌는데 특히 Plexin D1이라는 유전자는 제브라피쉬(zebrafish)에서 내장지방을 만드는 데 도움을 준다고 최근 미국국립과학원회보(PNAS)에 보고된 바 있다[3]. 유전적인 소인 외에 중심비만을 야기할 수 있는 주 원인은 고칼로리 식단, 정착성 행동 그리고 장내 세균(intestinal microbiota)이다. 우리가 지방을 섭취하게 되면 과잉 중성지방(triglyceride, TG)이 지방조직(adipose tissue)에 비축된다. 그런데 지방조직이 과부하에 걸려서 더 이상 TG를 비축하지 못하게 되면, TG가 유리지방산(free fatty acid, FFA)으로 분해된다. 염증반응도 일어나서 tumor necrosis factor alpha(TNF-α)나 interleukin-6(IL-6)와 같은 사이토카인(cytokine)을 FFA와 함께 분비하게 된다. 복부 쪽에 있는 지방은 다른 지방과 달리 이러한 사이토카인들을 바로 혈관에 분비하게 되고, 혈관을 타고 간과 근육세포를 자극시킴으로써 인슐린수용체(insulin receptor)를 인산화시키고 마지막엔 인슐린 저항성(insulin resistance)을 유도한다. 그러므로 이자(pancreas)에서는 인슐린을 더 만들기 시작하고, 인슐린은 지방조직을 자극해서 당대사를 통해 FFA 합성을 촉진시키며 TG 분해를 막는다. 고인슐린혈증(hyperinsulinemia)이 이러한 기작으로 비만을 유도하게 된다. 인슐린 저항성은 고혈당을, 염증반응 및 혈관에서의 지방축적은 고혈압을 유도하게 되고 심장병 확률을 증가시킨다. 이 모든 것들이 대사증후군을 유발할 수 있는 요인들이다.

과당(fructose)

우리 몸은 포도당(glucose)을 필요로 하지만 과당은 필요로 하지 않는다. 포도당과 과당은 우리 몸에서 다르게 대사가 되는데 우리가 음식물로 섭취한 포도당은 대략 20%가 간에서 대사된다. 간은 인슐린에 의존해서 포도당을 흡수하게 되고 대부분의 포도당은 글리코겐 합성(glycogenesis)을 통해서 글리코겐으로 비축된다. 일부분은 피루브산(pyruvate)으로 변환되어 미토콘드리아(mitochondria) 안으로 들어가 크렙스 회로(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)를 촉진시킨다. TCA cycle로 만들어진 Acyl-CoA는 TG 합성에 쓰이게 된다.

과당은 거의 100%가 간에서 대사되며 이것은 인슐린 비 의존적으로, Glut5 receptor를 통해서 간세포로 들어가게 된다(그림 1). 격한 운동 후에는 간에 글리코겐이 고갈되어 과당이 글리코겐 합성에 참여한다. 그러나 일반적인 경우 과당은 대부분 미토콘드리아에서 대사가 되고 아실조효소 A(Acyl-CoA)를 만들어서 TG 합성을 촉진시킨다. 또 과당은 과당-1-인산(fructose-1-phosphate)으로 대사 된 후에 JNK1을 활성화시켜서 인슐린수용체기질-1(insulin receptor substrate 1, IRS-1)을 인산화시키므로 IRS-1의 기능상실을 유도한다[4]. 결국 간세포들은 인슐린 저항성을 가지게 된다. 인슐린 저항성이 생기면 FoxO1이라는 전사인자(transcription factor)가 인산화되지 않고, 포도당신생성(gluconeogenesis)을 통한 포도당 합성을 막게 된다[4]. 또 인슐린 저항성이 생기면 전사인자 sterol regulatory element-binding protein 1c(SREBP-1c)가 비활성화되어 TG 합성을 막게 된다. 그러나 과당이 인슐린 저항성을 유도하기도 하지만 동시에 SREBP-1c도 활성화시킬 수 있는데 그 방법은 과당일인산이 PGC-1β(peroxisome prolifereator-activated receptor gamma coactivator 1-beta)를 활성화시키고 PGC-1β가 결국 SREBP-1c를 활성화시키는 것으로 알려져 있다. 또 PGC-1β는 carbohydrate-responsive element-binding protein(ChREBP)도 활성화시키는데 이것도 TG 합성을 촉진시킬 수 있다(그림 1)[4]. 그래서 과당을 섭취하게 되면 포도당 흡수를 막고, 인슐린 저항성을 유도하며 동시에 TG 합성을 촉진시켜 각종 혈관질환과 비만 그리고 지방간을 유도할 수 있게 된다. 이런 증상(symptom)들의 집합체가 바로 대사증후군이다.

그림 1. 간에서의 과당 대사통로

대사증후군의 예방 및 치료

식단조절과 운동으로 대사증후군을 완화시킬 수 있다. 가장 주의해야 할 것은 지방 그리고 특히 과당이다. 과당은 음료수, 과일주스 같은 가공된 식품에 많이 들어 있다. 과일에도 과당이 많이 합류되어 있는데 과일은 섬유질도 함께 포함되어 있어서 그나마 나은 편이다. 두 번째로, 많은 양의 섬유질을 섭취하는 것이 중요하다. 섬유질을 섭취하면 장내세균을 바꾸게 되어 염증도 감소하고 장내세균들이 음식물을 이화시켜서 장에서 흡수되는 칼로리 또한 감소시킨다. 세 번째로, 유산소 운동을 하면 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP) 생산을 위해 미토콘드리아가 TCA cycle을 활성화시킨다. TCA cycle이 활성화되면서 아실조효소 A의 전구체인 아세틸조효소 A(Acetyl-CoA)가 대사됨으로써 아실조효소 A를 필요로 하는 TG 합성이 줄어들게 된다. 생활습관으로 개선이 안 된다면 약물치료를 병행할 수 있다. 약물은 식욕억제제, 혈압 조절 약, 콜레스테롤 합성저해제(예로 스타틴), 당뇨 약 등이 있으며 대사증후군 환자마다 증상이 조금씩 다르기 때문에 나타나는 현상에 따라서 적합한 약을 의사가 처방해 줄 수 있다.

참고 문헌

1. Aguilar, M., et al. (2015) Prevalence of the metabolic syndrome in the United States, 2003-2012. JAMA 313, 1973-1974.
2. Brown, A. E., Walker, M. (2016) Genetics of Insulin Resistance and the Metabolic Syndrome. Curr Cardiol Rep 18: 75.
3. Minchin, J. E., et al. (2015) Plexin D1 determines body fat distribution by regulating the type V collagen microenvironment in visceral adipose tissue. Proc Natl Acad Sci USA 112, 4363-8.
4. Bremer, A. A., Mietus-Snyder, M., Lustig, R. H. (2012) Toward a unifying hypothesis of metabolic syndrome. Pediatrics 129, 557-570.
5. David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry(6th edition, 2013), W. H. Freeman.[네이버 지식백과] 대사증후군 [metabolic syndrome] (생화학백과)