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두 번째, 노화와 안티에이징 - 건강트리 6기전

  • 입력 2017.10.17 17:12
  • 수정 2018.03.23 12:12
  • 기자명 최남현
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유전자에 의해서 질병이 결정되는 것 보다는 독소, 환경, 식이, 스트레스 등으로 인해 유전자의 발현이 달라져서 발생하는 질환들이 대부분이다. 즉 독소, 환경, 식이 불균형, 스트레스 등에 의해서 유전자 발현의 축(DNA-RNA-PROTEN-PTM-GLYCOPROTEIN)이 손상되면, 제3생명의 코드/열쇠인 당사슬고장이나 당화장애가 발생하게 된다. 당화장애는 노화와 만성질환 및 난치성질환의 주 기전이다. 당화장애가 생기면 생명현상을 수행하는 물질, 즉 당단백/당지질/당백당이 고장 났기 때문에 우리 몸의 아래 6가지 기능이 망가져 제대로 작동하지 못하게 된다. 그 다음으로 7가지 임상적인 불균형이 오며, 임상적인 증상과 사인 및 노화가 발생할 뿐만아니라 만성질환과 난치성질환이 발생하게 된다.
1. cell to cell communication, 당사슬/당단백의 주요 기능 - 컴퓨터 운영체계 고장.
2. Energy transformation - 에너지대사 효소(당단백), 비타민, 미네랄 필요.
3. 복구, 회복, 재생 기능 - 복구효소(당단백), ECM(콜라겐, GAG, PG-당단백), 줄기세포활성화-glycans, heparin sulfate.
4. 대사물 제거 - 해독효소, 해독펌프(당단백).
5. 방어/면역 - 항산화 방어시스템(항산화효소), 면역시스템(세포 1차 방어막/면역막), 장과 기관지의 뮤신/뮤커스 방어막/면역막-1차 면역기능, 면역세포의 세포벽 당사슬-2차 면역기능, 면역글로불린(당단백)-3차 면역기능.
6. 영양소 이동 및 혈액순환 - 영양소 이동 당단백(트랜스페린), 수분량, 혈액량.

위의 6가지 기능이 정상적으로 작동하면 우리 몸은 조절력(항상성유지), 에너지, 재생/복구력, 자가해독기능, 면역기능, 영양/혈액/신경 순환기능 등이 정상적으로 작동하여 자연치유력이 강하게 나타나 건강하게 된다.

유전자 발현의 축에 의해 생성된, 제3생명의 코드/열쇠인 당당단백/당사슬 등이 6가지 생명현상의 생리적 기능을 수행하여 건강과 젊음을 유지하고 있는데, 영양의 불균형, 독소, 스트레스 등에 의해 위의 과정이 방해 받으면 아래의 7가지의 임상적인 불균형이 발생하게 되고 임상적인 증상과 사인이 나타난다.
1. Immune Imbalance/Inflammatory Imbalance, 면역이상/염증
2. Redox Imbalance + Oxidative Stress + Mitochondro pathy, 항산화력 불균형/산화적 스트레스/미토콘드리아 기능이상
3. Digestive/Absorptive and Microbiological Imbalance, 소화기계이상/장내균총 불균형
4. Detox/Biotransformation/Excretory Imbalance, 해독기능
5. Structural, membrane & boundary Integrity, 구조 불균형
6. Hormonal and Neurotransmitter Imbalances, 호르몬 신경계 불균형
7. Mind-Body Imbalance, ex)·암: DNA산화 스트레스, 당사슬고장(면역력 감소), ·AD치매: UPF, MFP-아밀로이드베타, 타우단백질 증가, ·렙틴-인슐린 저항성: 수용체/당사슬 합성장애나 손상(당화장애)

    
증거 증심의 현대의학의 전통적인 약물치료는 유전자 발현의 결과로 생긴 효소나 호르몬, 사이토카인 등의 정보전달물질/대사물질 등의 활성을 증가시키거나 차단함으로써 증상을 개선하는 ‘대중요법’일 뿐이고 근원의 원인인 생활습관, 스트레스, 독소, 영양불균형에 의해 발생된 만성/난치성질환의 기전인 DNA손상부터 당화장애 등은 해결할 수가 없다. 즉 현대의학으로는 만성질환을 완치할 수가 없게 된다. 그러므로 노화, 암, 알러지, 자가면역질환, 성인병 같은 만성/난치성질환을 예방하고 치유할 수 있는 keypoint는 영양불균형, 해독, 당화장애를 해결하여 방어/해독/면역/조절/복구시스템과 자가치유능력을 증진시키는 것이다. 모든 질환을 볼때 의사들은 환경독소와 영양소의 결핍을 반드시 생각해야 하고 해독+당화장애 해결을 염두에 두어야 한다.

피부안티에이징과 당생물학, 나노의학

피부노화, 피부 건강은 내적 노화나 내적 건강의 반영
피부는 온몸을 싸고 있는 거죽. 인체의 가장 큰 장기 인체의 내부 환경과 외부 환경 사이의 경계면이며, 피부는 화학적, 미생물, 열손상, 방사선, 기계적 손상에 취약하다. 피부는 위장계 및 호흡기계와 함께 외부의 공격에 대하여 방어하는 면역시스템이 작동하는 장소를 말한다.

피부노화의 중요성은 인체의 중요 장기의 노화에 선행한다는 점이다. 피부는 생물학적 관점에서 뇌, 심장, 간, 폐, 신장보다 중요성의 순위에서 뒤쳐지기 때문에 세포에 필요한 혈액량, 산소, 영양소, 에너지의 공급에서도 뒤쳐진다. 따라서 내적인 생명기관인 뇌, 폐, 심장, 간, 콩팥, 위장관 등이 나빠지기 전에 먼저 피부의 노화가 선행되는 것은 당연한 일이다. 따라서 피부에서 노화의 신호를 찾아낸다는 것은 온몸의 건강을 미리 진단하고 치료하려는 항노화(안티에이징)의학에서는 매우 중요한 일이다. 피부의 각질층과 호흡기계, 위장관계의 점막/mucin-mucus barrier는 방어막/보호장벽/면역벽/선택적 투과장벽 역할을 하는 외부와의 접점에서 외부 공격에 방어하는 특수한 면역시스템이 작동하는 장소이다. 

위장관의 방어벽인 뮤신/뮤커스 장벽이 무너지면서 장누수에 의해 알러지, 자가면역질환, 암 등 많은 질환이 발생하듯 피부의 방어장벽, 면역벽, 방수벽, 항균벽, 1차 자외선차단벽, 보습벽 역할을 하는 각질층이 무너지면 수분 증발이 심해지고, 유해물질이 피부 깊숙이 침투하여 염증을 일으킨다. 또한, 피부를 건조하고 예민하게 하여 활성산소의 증가로 줄기세포를 손상케 하여 피부재생력을 떨어뜨려 피부 노화를 촉진하게 한다. 피부관리와 피부건강 측면에서 가장 중요한 피부층이 표피이고, 그 중에서 제일 중요한 층이 평균 두께가 0.01mm정도인 ‘각질층’이다. 각질층이 깨어지면 장벽기능/면역기능/보습기능/항산화기능/항염기능/항균기능/재생기능 등등 상피층이 가지고 있는 모든 기능들이 다 깨진다. 이런 기능들이 다 깨지면 각종 증상들이 나타나고 심해지면 미용 문제까지 발생하여 피부건강을 해치고 노화하게 된다.

피부장벽의 전자현미경학적 소견에는 각질층의 벽돌(각질세포), 시멘트(세포간지질), 교소체, 산성환경 등 4가지가 피부장벽 기능을 담당하고 있으며, 이 중에서 가장 중요한 역할을 하는 층은 ‘세포간지질층’이다. 세포간지질층은 양친매성의 이중지질막이며, 성분과 구성비율이 세라마이드:지방산:콜레스테롤(2:1:1)구조는 결정성 겔 상의 라멜라(층판)나노 지질복합체구조이다. 형태는 세포간지질과 수분은 겔 상태의 나노오일워터를 형성하고, 이런 특수한 나노오일워터의 형태에 의해 각질층의 보습/장벽기능, 선택적투과막기능이 유지되는 것이다. 이런 각질층의 선택적 투과장벽을 뚫고 약물이나 피부유효물질이 침투하기 위해서는 3가지 조건이 맞아야 한다. 1) 활성물질의 분자량이 500달톤이하, 사이즈는 50nm이하, 2) 화물차 역할을 하는 전달물질이 비극성, 양친매성 물질로 나노지질구조체(미셀, 나노리포솜), 3) 활성물질과 전달물질의 결합크기가 세포간지질 사이의 사이즈인 100nm이하여야 한다. 만약 각질층의 손상이 없다면 일반화장품 속의 비타민c 같은 유효물질은 0.3%이하면 침투된다. 이런 전자현미경학적, 나노의학적인 피부의 기능과 나노구조 때문에 각질층의 피부장벽 손상을 치료하려면 천연원료를 이용하여 소화된 세포가 이용할 수 있게 최소입자로 쪼개진 나노화된 천연원료지질 물질인 나노오일워터 형태의 치료용 제품이 필요하다. 기존의 일반공법에 의해 만들어진 화학성분이 조금이라도 포함된 마이크로 입자의 일반공법의 화장품으로는 피부장벽을 복구할 수 없고 오히려 망가뜨릴 것이다.

피부안티에이징과 피부재생에서 당생물학, glycan의 역할
최근 과학과 의학의 발달 덕분으로 인해 당생물학은 피부 노화 메커니즘에 대한 이해를 더욱 수준 높게 할 수 있게 되었다. 글리칸은 피부를 구성하는 주요한 요소로 피부의 항상성에 결정적인 역할 수행이 명확하게 입증되었다.

1) 피부줄기세포와 섬유아세포간 재생신호 전달하는 ‘글리칸(glycan)’
예)피부 줄기세포에서 성장인자들인 EGF, IGF, FGF, TGF, PDGF를 생성, 분비하여 주변의 섬유아세포에 정보를 전달하면 섬유아세포의 벽에 있는 당화된 수용체인 당단백질의 당사슬에 성장인자가 접착한다. 당사슬 수용체는 재생정보를 인지하고 그 정보를 섬유아세포의 핵(DNA)에 전달하고, DNA 전사 --> RNA에서 번역후 리보솜에서 미성숙 콜라겐 단백질 생성 --> 소포체와 골지체에서 폴딩과 당화로 3차원 구조의 폴딩된 완전한 콜라겐을 생성하여 세포외기질로 분비한다. 섬유아세포는 콜라겐 외에 엘라스틴, proteoglycan(PG단백다당), 히알루론산, GAG(Gylcosaminoglycans, heparan sulfate, chondrotin sulfate, keratan sulfate)의 생성을 촉진한다. 이들 역시 glycan에 의해서 당화된 상태이며, 당화는 피부 건강과 재생에 중요한 역할을 수행하고 있다.
. Glycan은 대부분의 세포벽에 당단백질/당지질을 만드는데 아주 중요한 역할을 한다.
. Glycan은 피부줄기세포를 활성화시킨다.
. 줄기세포에서 생성되는 성장인자와 타켓세포의 성장인자 수용체도 당화되어 있다. 따라서 정상적으로 당화와 폴딩이 된 성장인자들과 그 수용체들이 생성되어야만이 정상적인 정보가 전달되고 역할을 수행할 수 있다.

2) 피부에서 당화(glycosylation)의 역할
1) 세포표면의 글리코프로틴, 글리코지질의 원료로 사용되어 세포벽을 코팅하여 세포의 1차 방어막 역할을 하여 유해물질, 독소, 활성산소, AGEs최종당화산물로부터 세포를 보호.
2) 세포증식과 세포분화에 역할 - 줄기세포활성화.
3) 세포간의 커뮤니케이션 역할(세포간 재생신호 전달).
4) cell-matrix간의 커뮤니케이션 역할.
5) 세포벽의 수용체는 독소나 유해균을 감지.
6) 주변세포와 구분되게 하는 cell marker 역할.
7) 여러 원인에 의해 발생된 피부염증은 완화시켜주고, 피부재생에 필요한 피부단백질(콜라겐등)합성을 유도하는 신호를 보낼 뿐만 아니라 실제로 단백질의 합성을 촉진.
8) 배아줄기세포의 발달과정에서 당사슬이 세포간 교신을 통해 정확한 진로를 결정하게 하여 정확한 조직의 발달에 도움.
9) 세포의 성장과 분화과정에서 세포벽의 Glycans 변화.
10) 피부 장벽에 중요 역할 - glucosylceramide, glycosphin golipid.
11) 진피층의 구조 유지와 상처재생 촉진에서 Proteoglycans - GAG(콘드로틴설페이트, 케라탄설페이트, 헤파란설페이트, 히알루론산)이 중요 역할.
12) Notch수용체(EGF-glycosylated RC)에 O-fucos가 부족하면 피부병변 발생.
13) 항산화 역할 - SOD활성화, 글루타치온의 활성을 50% 향상.
* Glycation&AGEs은 염증과 활성산소를 증가시키고 SOD활성 감소, 글루타치온 감소 유발, 인슐린, 렙틴 저항성 증가

3) 당단백/당사슬의 역할
분자와 세포 인식에 결정적인 역할을 담당하며, 세포 표면에 생물학적 메시지 전달 작용과 세포 신진대사에서의 작용(합성, 번식, 구별) 및 세포 조직 구조와 형성에 참여한다. 피부의 양호한 신진대사에 불가결한 요소인 글리칸은 노화에 따라 질적 및 양적 변화가 동반되며, 노화와 신진대사의 능력이 떨어져 피부의 구조조직이 손상된다.

피부 재생과정과 당생물학, ‘글리칸(glycan)’
glycobiology에 대한 새로운 점은 피부의 노화를 연구하는데 사용되고 있다는 것이다. 글리칸은 피부 세포의 주요 성분이며, 그들은 세포의 표면에 결합하여 세포 전달자 역할을 하여 메시지를 전달한다. 이 메시지는 세포가 수분을 끌어당기고, 탄력을 유지하며, 콜라겐을 생성하고, 스스로를 재생하도록 권장한다. 나이가 들어감에 따라 글리칸은 효과가 떨어지므로 주름과 딱딱함, 노화 된 피부의 징후가 나타나게 된다. 피부안티에이징을 통한 동안을 만들기 위해서 클리닉에서 여러 재생레이저나 시술들을 하고 있다. 이때 재생과정에서 당생물학과 글리칸이 어떻게 관여하는지를 살펴보겠다.

1) 레이저나 재생주사, 글리칸(당질영양소) 등은 줄기세포를 활성화하여 자가 재생 및 자가치유력을 극대화시킨다.
줄기세포의 재생을 촉진시키는 것에는 세 가지 당단백(Wnt, FGF, BMP)의 재생 신호전달에 의해 줄기세포의 활성화와 재생이 일어나며, Wnt 분비성 당단백질로 Fuzzled Rc에 결합하여 세포의 분화 조절과 헤파란설페이트는 세 가지 당단백의 재생 신호를 전달하여 줄기세포의 재생을 촉진시킨다.

2) 활성화된 줄기세포는 성장인자를 생성과 분비한다.
피부 줄기세포는 재생의 정보가 담긴 세포재생호르몬인 성장인자들인 EGF, IGF, FGF, TGF, PDGF를 생성하여 분비한다. 성장인자가 정상적인 PTM/folding이 안되면 재생정보를 전달할 수 없어 재생이 일어나지 않는다. 섬유아세포의 성장인자 수용체도 당화되어 있다. 따라서 정상적으로 당화와 폴딩이 된 성장인자들과 그 수용체들이 생성되어야만이 정상적인 정보가 전달되고 역할을 수행할 수 있다.

3) 성장인자는 재생정보를 주변의 섬유아세포 벽에 있는 당화된 수용체에 접착 후 재생정보를 전달한다.
섬유아세포는 세포벽의 당사슬/당단백이 충분히 만들어져 있어야 성장인자로부터 재생정보를 받을 수 있다. Glycans과 단백질이 충분히 만들어져 있어야하고 독소나 염증 및 활성산소가 당화과정을 방해하지 않아야 세포벽 수용체인 당사슬을 만들 수 있다.

4) 섬유아세포에서 재생, 콜라겐, 엘라스틴, 단백당 히알루론산, 뮤코다당체들을 생성한다.
섬유아세포 세포벽의 당화된 당사슬/당단백/수용체는 성장인자와 결합하여 재생정보를 인지하고 그 정보를 섬유아세포의 핵(DNA)에 전달하고, DNA 전사 --> RNA에서 번역후 리보솜에서 미성숙 콜라겐 단백질 생성 --> 소포체와 골지체에서 폴딩과 당화로 3차원 구조의 폴딩 된 완전한 콜라겐을 생성하여 세포외기질로 분비한다. 나이 듦에 따라 줄기세포기능 및 섬유아세포의 재생기능이 떨어지면서 세포외기질의 생성량은 30대가 되면 20대의 약 25%가 감소되고, 40대 초에는 약 50%, 40대 후반-50대가 되면 약75%가 감소된다.

섬유아세포에서 콜라겐합성
콜라겐 단백질의 합성시 3차원 구조의 안정을 위해서 전사후 변형과정인 폴딩과 당화가 필요하다. 콜라겐은 세포들의 지주(scaffold)역할을 하며, 콜라겐 단백질은 섬유성 단백질로서 3중 나선 구조로 이루어져 있고, 구성 아미노산인 글리신, 프롤린이 수산기로 수식화되어 있어 더욱 안정된 구조를 가지고 있다.

1. 피부줄기세포에서 재생의 정보를 섬유아세포에 전달.
2. 섬유아세포내 리보솜에서 미성숙 콜라겐 생성.
3. 소포체에서 3번의 전사후변형 과정을 거친 후 3중 나선구조의 procollagen생성.
4. 골지체에서의 PTM 과정.
5. Troprocollagne 생성.
6. collagen fibril 생성. 

히알루론산
히알루론산도 일종의 glycan 당영양소가 합성된 물질이며, 히알루론산은 N-아세틸 글루코사민과 글루쿠론산으로 구성되어 있다.

뮤코다당체(GAG-Gycosaminoglycan or mucopolysaccharides)
점다당질(GAGs)은 중심 단백에 이당류 유닛이 반복적으로(repeating disaccharide units) 붙어 구성된 unbranched 다당류 사슬이다.

. 뮤코다당체는 4개의 그룹이 있다. 
① Heparin/heparan sulfate, (HSGAGs) GlcNAc + GlcUA or IdoUA(2S) 지혈, 줄기세포 활성화에 관여
② chondroitin sulfate/dermatan sulfate, (CSGAGs) 소포체와 골지체에서 합성되어 프로테오글리칸을 형성한다. 가장 양이 많음 GlcNAc + GlcUA
③ Keratan sulfate, 소포체와 골지체에서 합성되어 프로테오글리칸을 형성한다. 신경세포 보호와 활성화에 관여 GlcNAc + Gal
④ hyaluronic acid, 세포내막에서 생성되어 바로 배출 GlcNAc + GlcUA

. 뮤코다당체는 강한 극성을 띠고 친수성이 강해 세포외 기질의 구조적 역할과 윤활 및 충격흡수 역할, 수분 및 전해질 저장창고 역할, 중추신경계 발달, 줄기세포활성화, 상처치유, 감염, 성장인자 신호 감지 및 관절염 완화 등의 역할을 한다.

프로테오글리칸
세포외기질의 주성분으로 코어프로틴에 GAG가 glycosylation된 형태를 말한다.

. glycosaminoglycan(GAG)&proteoglycan의 기능은?
1. 세포밖기질의 구조적기질로서 기능
2. 콜라겐, elastin(탄력소), fibronectin(섬유결합소), laminin 성장인자같은 다른 단백질과 특별한 상호작용
3. 많은 음이온, 많은 양이온, 양이온으로서 작용
    ex)수분을 보유
4. 다양한 조직의 특징적인 탄력 역할
5. 세포밖에서 sieves(체, 구조) 역할
6. 세포 이동 촉진(HA)
7. 체중유지에 연골의 압축성 기능(HA, CS)
8. 각막 투과성역할(KSI와 DS)
9. 공막에서 구조적 역할(DS)
10. 항응고 역할(heparin) 
11. 원형질막의 구성요소(수용체 역할, 세포부착, 세포와 세포 상호작용)(예.HS)
12. 콩팥사구체 charge-selectiveness 결정(HS)
13. 시냅스와 그 외 vesicles의 구성요소(예.HS)

▲ 프로테오글리칸은 GAL-GAL-Xyl(trisaccharide)-serine를 포함한다
▲ 프로테오글리칸은 GAL-GAL-Xyl(trisaccharide)-serine를 포함한다

. 이런 성분들을 어떻게 피부 진피층까지 전달시킬 수 있을까?
식이요법이나 글리칸영양소 복용이나 당질영양소가 포함된 화장품을 통해 공급을 할 수 있으며, 스킨케어 제품에 당질영양소, 단당류를 만들어 넣는다면 피부보습과 재생능력을 향상시켜 안티에이징에 도움이 될 것이다. 문제는 다당체를 단당류로 분리하여 나노화해야만이 피부를 통해서 흡수할 수 있고, 다당체 형태로는 피부를 통해서 흡수가 안 된다는 것이다. 입으로 섭취해도 필수 글리칸은 베타본드로 연결되어 있어서 사람은 효소가 없으므로 유산균의 소화에 의지해야 한다.

피부재생 과정에서 재생신호인 성장인자 수용체를 만들고 세포외기질인 콜라겐, 히알루론산,  뮤코다당체, 프로테오글리칸을 만드는데 필요한 글리칸(①glucose, ②galactose, ③mannose, ④fucose, ⑤xylose, ⑥N-acetylglucosamine, ⑦N-acetylgalactosamine, ⑧N-acetylneuraminic acid(NAANA, Sialic acid), ⑨iduronic acid, ⑩arabinose, ⑪glucuronic acid)의 11가지가 모두 필요하다. 


이들 11가지 필수당질영양소(glycans)가 충분히 있어야하고 독소나 활성산소 등이 없는 상태에서 PTM/당화(glycosylation)가 정상적으로 활성화되어야 콜라겐, 히알루론산, 프로테오글리칸, 뮤코다당체가 충분히 만들어져 피부안티에이징이 일어날 것이다.

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