갑상선호르몬 정상 기능 위해 적당한 섭취 중요
과잉 섭취시 구내염·침샘 종창·설사·구토 등 유발


미량으로 필요한 요오드(Iodine)는 잉여 지방의 대사를 돕고, 육체적, 정신적 발육에 중요하다. 요오드는 건강한 갑상선을 위해서 필요하고, 갑상선종의 예방을 위해서도 필요하다. 어린이의 요오드 부족은 정신지체를 초래할 수 있다. 그리고 요오드 부족은 유방암으로 이어질 수 있고, 과잉의 요오드 섭취는 갑상선 호르몬의 분비를 억제할 수 있고, 입에서 금속의 맛과 구내염, 침샘의 종창, 설사, 및 구토를 일으킬 수 있다.


갑상선(Thyroid Gland)을 구성하는 세포는 여포세포(Follicular Cell)와 C-cell(Parafollicular Cell)로 이루어져 있고, 여포세포에서는 갑상선호르몬(Thyroid Hormone)을 C-cell에서는 칼시토닌(Calcitonin)을 생성합니다. 특정 부위에만 영향을 주는 호르몬과는 달리 갑상선호르몬은 거의 모든 세포의 대사에 관여합니다. 에너지 생성을 증가시키고 성장 발육을 촉진합니다. 인체의 온도를 조절하는 역할도 합니다. 칼시토닌은 인체의 칼슘량을 조절하는 작용을 하는데 부갑상선호르몬과 함께 인체의 칼슘의 항상성 유지에 중요한 역할을 합니다(이 장에서는 갑상선호르몬만 다루겠습니다).

▲ <그림1> 갑상선의 단면

갑상선호르몬의 합성은 Follicular Cell과 Follicular Lumen 두 공간을 이동하면서 생성이 됩니다. 음식에서 섭취한 요오드를 갑상선으로 이동시키고 이동된 요오드의 산화(Oxidation), 유기화(Organification), 결합(Coupling), 단백분해(Proteolysis)를 통해서 만들어집니다.

1) Na+/I-symporter와 Pendrin
인체는 약 10~15mg정도의 요오드가 존재하며, 이 중 약 70~90%가 갑상선에 분포되어 있고, 갑상선 내 요오드이온(Iodide) 농도는 혈장보다 30~40배 높습니다. 낮은 농도로 혈액에 존재하는 요오드이온을 갑상선으로 이동하기 위해서 갑상선에는 Na+/I-symporter(NIS)라는 독특한 요오드이온 Transporter가 존재합니다.

갑상선내에는 높은 농도로 요오드 이온이 존재하지만 Na+이온은 혈액보다 더 낮은 농도로 존재합니다. NIS는 이 낮은 Na+이온의 농도 기울기를 이용해서 혈액의 요오드이온을 Na+이온과 함께 갑상선으로 이동시킵니다. 갑상선에 들어온 Na+은 Na+/K+ ATPase(ATP 소모)에 의해서 혈액으로 다시 나가게 됩니다.

NIS의 작동은 세포 내외의 Na+농도 기울기에 영향을 받고, NIS가 제대로 작동하기 위해서는 반드시 Na+/K+ ATPase가 원활히 움직여야 가능합니다.

▲ <그림2> 요오드의 이동

NIS는 TSH(Thyroid Stimulus Hormone)에 의하여 촉진이 되며 ClO4-, TcO4-, CN- 등의 일가 음이온에 의하여 경쟁적으로 억제됩니다.

급성으로 과량의 요오드를 섭취하는 경우 갑상선으로 요오드 Uptake가 억제되고 섭취된 요오드의 산화와 유기화가 억제되면서 갑상선호르몬의 감소를 유발합니다. 이것을 Wolff-Chaikoff효과라고 합니다. 보통의 사람들은 금방 정상으로 회복이 되지만 갑상선에 이상이 있는 사람은 과량의 요오드를 지속적으로 섭취하면 갑상선기능저하증이 나타날 수 있습니다.

갑상선 여포세포(Follicular Cell)로 이동한 요오드는 Pendrin(Cl-/I- transporter)과 AIT(Apical Iodine Transpoer)에 의해서 여포세포로 둘러싸여 있는 갑상선 여포강(Follicular Lumen)으로 이동합니다.

2) 요오드의 산화 및 유기화

① Thyroid Peroxidase

▲ <그림 3> 요오드의 산화 및 유기화(TPO; Thyroid Peroxidase)

요오드는 원소번호53번, 할로겐족입니다. 상처의 세균감염을 억제하기 위한 산화제로도 사용되는 요오드를 산화시키기 위해서는 인체의 강력한 산화제인 과산화수소(H2O2, Hydrogen Peroxide)가 필요합니다. 과산화수소를 이용한 요오드의 산화 및 유기화는 갑상선과산화효소(Thyroid Peroxidase,TPO)에 의해서 나타납니다.

여포강으로 이동한 요오드 이온(I-)은 갑상선과산화효소에 의해서 I0로 산화(Oxidation)되고, 산화된 요오드 I0는 Thyoglobulin의 Tyrosine기에 부착되어 일요오드화티로신(Monotiodotyrosine, MIT), 이요오드화티로신(Diiodotyrosine, DIT)으로 유기화(Organification) 됩니다.

② Thyroid Oxidase

▲ <그림4> NADPH Oxidase Family(NOX : NADPH Oxidase, DUOX : Dual Oxidase)

갑상선과산호효소(Thyroid Peroxidase)는 과산화수소를 이용해서 요오드를 산화하고, 여기에 필요한 과산화수소는 Thyroid Oxidase에 의해서 생성이 됩니다. Thyroid Oxidase는 NADPH Oxidase(NOX) Family에 속하는 Dual Oxidase(DUOX)입니다. Thyroid Oxidase는 갑상선의 Apical Membrane(그림2 참조)에 있으며 여포강에서 과산화수소를 생성합니다.

Thyroid Oxidase는 NADPH에서 전자를 전달받고 FAD와 Heme(Haem은 영국식 영어)을 통해서 전자를 산소에 전달 Superoxide(O2ㆍ-)를 생성하고 곧바로 Dismutation이 되어서 과산화수소(H2O2)가 됩니다(저자 주: 다른 의견으로 산소에 수소이온과 전자가 모두 전달이 되어서 바로 과산화수소가 된다는 의견도 있습니다).

▲ <그림 5> GSH Redox Cycle과 NADPH-GSH : Glutathione

Thyroid Oxidase에 전자를 전달하는 NADPH는 Pentose Phosphate Pathway를 통해서 NADP에서 NADPH로 환원이 됩니다. 반대로 산화된 글루타치온의 환원으로 NADPH가 사용됩니다. 글루타치온의 환원은 NADPH 외에도 많은 항산화제 Vit C, Vit E, Lipoic Acid, Se 등도 사용이 됩니다.

Thyroid Oxidase는 NADPH로부터 전자를 공급받고, Thyroid Oxidase에 NADPH를 공급하기 위해서 원활한 포도당대사(Pentose Phosphate Pathway)와 충분한 항산화능력이 필요합니다.

3) 요오드화티로신의 결합(Coupling)
요오드의 산화와 유기화로 만들어진 일요오드화티로신(Monotiodotyrosine, MIT), 이요오드화티로신(Diiodotyrosine, DIT)은 Thyroid Peroxidase에 의해서 서로 결합(Coupling)하여 갑상성호르몬인 삼요오드화티로닌(Triiodothyronine, T3, MIT+DIT)과 사요오드화티로닌(Tetraiodothyronine, T4, DIT+DIT, Thyroxine)을 형성합니다.

▲ <그림 6> 갑상선호르몬의 합성

① Thyroglobulin
Thyroglobulin은 660kDa의 분자량을 가지고 있는 거대분자입니다. Thyroglobulin은 100~120개의 Tyrosine 잔기가 있는 Glycoprotein으로 갑상선 Endoplasmic Reticulum과 Golgi Apparatus에서 합성이 됩니다. 요오드이온의 유기화 및 갑상선호르몬(T3, T4)의 합성은 Thyroglobulin의 Tyrosine 잔기에서 일어납니다. Thyroglobulin의 많은 Tyrosine 잔기 중에 약 20개 정도만 요오드이온과 결합을 하고 이 중에서 갑상선호르몬(T3, T4)으로 전환은 5~6분자만이 일어납니다.

▲ <그림 7> 갑상선호르몬합성과 Thyroglobulin

Thyroglobulin은 갑상선세포에서 합성이 되지만 갑상선호르몬을 합성하기 위해서는 여포강으로 반드시 이동을 합니다. 그 이유는 갑상선호르몬 합성에 필요한 것이 과산화수소이기 때문입니다. 과산화수소는 반응성이 매우 큰 물질이고, 또한 갑상선호르몬을 합성하기 위해서는 과산화수소의 안정적인 공급이 필요하기 때문입니다.

만약 갑상선호르몬 합성이 갑상선세포 내에서 일어난다면 과산화수소의 반응으로 인해서 세포내 단백질 및 구조가 손상을 받을 수 있고, 더 중요한 것은 세포내 항산화시스템(Catalase, Glutathione Peroxidase 등)으로 인해서 과산화수소가 제거가 되면 갑상선호르몬 합성에 필요한 과산화수소의 안정적인 공급이 어렵기 때문입니다.

4) 맺음말
요오드는 인체에 꼭 필요한 미량원소입니다. 요오드의 기능은 갑상선호르몬을 통해서 나타납니다(저자 주 : 요오드가 인체에서 다른 용도로 사용되는 것을 찾지 못했습니다). 혈중에도 미량으로 있는 요오드의 흡수는 NIS(Na+/I-symporter)에 의해서 갑상선 여포세포로 들어오고 Pendrin과 AIT를 통해서 여포강으로 이동합니다.

그리고 갑상선세포에서 합성된 Thyroglobulin도 여포강으로 이동합니다. Thyroid Oxidase의 과산화수소생성, Thyroid Peroxidase는 과산화수소를 이용한 요오드의 산화를 통해서 갑상선호르몬을 합성합니다.

갑상선호르몬의 정상적인 기능을 위해서 적당한 요오드의 섭취와 충분한 Tyrosine의 섭취는 중요합니다. NIS(Na+/I-symporter)의 기능을 올려주기 위해서 Na/K ATPase의 작동(ATP생성 및 충분한 Na+, K+이온)이 필수이며, 과산화수소의 생성을 위해서 글루타치온을 비롯한 많은 항산화제(Vit C, E, Lipoic Acid, Se 등)와 Riboflavin, Niacin, Fe 등이 필요합니다. 또, Thyroglobulin의 합성을 위해 Amino Acid를 비롯해서 Zn(단백질 합성에 필수), Vit B군 등 많은 Cofactor가 필요합니다. 여기에 과산화수소에 의한 세포막 손상을 최소화하기 위해 지용성 항산화제(b-carotene, Phytochemical 등)와 필수지방산도 필요합니다.

갑상선호르몬의 조절은 갑상선자극호르몬(TSH)에 의해서 조절이 됩니다. 갑상선자극호르몬에 의해서 갑상선이 자극이 되더라도 반드시 위에 적은 모든 영양소가 충분해야 갑상선호르몬 분비에 문제가 나타나지 않는 것입니다.

참고문헌
위키피디아 검색 ; Dual Oxidase, NADPH Oxidase, Thyroglobulin, Na+/I-symporter
nature.com ; NOX and DUOX Enzyme, Iodine Metabolism in Normal Thyroid Cells
식품의약품안전청, 요오드, 2010년 12월
갑상선과 과산화수소, 박도준, 서울대학교 의과대학 내과학교실

신창우 약사
▲충청북도 청주 출생 ▲1995년 충북대학교 약학대학 졸업 ▲現충청북도 단양군 시장약국 대표약사 ▲PAACM 정회원

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