ACTH, CRH 자극받아 PKA 활성화…급성반응 및 이후반응 일으켜
Catecholamines, 교감신경의 SAM 경로로 세포 에너지 사용 높여

운동, 저혈당, 출혈 등 스트레스의 다양한 형태는 신경계를 자극하고 자율신경은 이에 대한 반응으로 부신수질에 자극(acetylcholine)을 보냅니다. 부신수질에서 분비된 catecholamines은 교감신경의 활성을 변화시켜 스트레스에 대한 인체의 반응이 나타납니다.

부신은 신장 위에 있는 삼각형 모양의 작은 내분비선입니다. 부신은 안쪽의 수질(medulla)과 바깥쪽의 피질(cortex)로 구분됩니다.

부신피질(adrenal cortex)은 ‘zones’라고 불리는 3개의 층이 있습니다. 현미경으로 보면 각각의 층은 구별되는 외관과 각기 다른 기능을 가지고 있으며, 서로 다른 호르몬을 분비합니다.

Zona glomerulosa(사구층)에서는 adosterone synthase에 의해서 aldosterone을 합성합니다. Adostreone은 장기간 혈압을 조정하는 역할을 합니다.

Zona fasciculata(다발층)은 부신피질의 80%정도를 차지합니다. Cortisol과 같은 glucocorticoids를 생성 합니다. 세포에는 많은 지방(작은 방울 모양)을 가지고 있으며, 풍부한 미토콘드리아와 복잡한 활면소포체(smooth endoplasmic reticulum)를 가지고 있습니다.

Zona reticularis(그물층)은 부신수질과 인접해 있으며, androgens을 합성합니다. 대부분의 androgens은 dehydroepiandrosterone(DHEA), DHEA sulfate DHEA-S), 그리고 androstenedione(테스토스테론의 전구체)이 있습니다.

부신수질(adrenal medulla)은 부신의 중심으로 부신피질에 둘러싸여 있습니다. 부신수질은 척추 신경에서 유래된 교감신경절에 지배됩니다. 교감신경의 자극을 받은 수질은 noradrenaline(norepinephrine) 20%, adrenaline(epinephrine) 80%를 혈중으로 분비합니다.

1) 부신피질호르몬 Adrenal cortex hormone

부신피질은 시상하부에서 분비하는 CRH(corticotropin releasing hormone)의 자극을 받은 뇌하수체의 ACTH(adrenocorticotropic hormone)의 자극을 받습니다. ACTH는 부신피질의 ACTH receptor(특히 zona fasciculata에 많이 존재)에 작용을 하여서 부신피질 호르몬을 분비합니다.

ACTH receptor는 G-protein coupled 수용체로서 2차 메신저로 cAMP를 사용하고 protein kinase A(PKA)를 활성화합니다. ACTH는 즉시 나타나는 반응과 그 이후에 나타나는 반응으로 볼 수 있습니다.(참고 : self-care와 약국(22) 스테로이드호르몬Ⅰ효소 및 합성)

MC2R : Melanocortin type2 receptor는 melanocortin receptor의 한 종류로서 MC2R은 부신피질에만 존재하며 ACTH에 특이적으로 반응하는 수용체입니다. MC2R을 ACTH receptor라고도 부릅니다.

POMC(Pro-opiomelanocortin)는 polypeptide의 전구체로서 ACTH를 유도하고 ACTH는 α-MSH(α Melanocyte stimulating hormone)로 전환이 됩니다.

급성반응(수 분 이내에 나타남)

Cholesterol esterase의 기능은 활성화 되고, cholesterol ester synthetase의 기능은 억제가 됩니다. 또, StAR(steroidogenic acute regulatory protein)이 활성화됩니다. 이 반응으로 세포에 있는 지방방울(lipid droplet)을 가수분해해서 cholesterol로 만들고, cholesterol은 StAR에 의해서 미토콘드리아로 이동합니다. Cholesterol은 P450scc 효소(미토콘드리아에 존재)와 결합을 하고, steroidogenesis의 첫 번째 단계를 촉진합니다. 이런 일련의 과정을 통해서 pregnenolone이 증가합니다.

이후반응(수 시간 또는 그 이상에서 거쳐 일어남)

ACTH의 효능은 steroidogenic enzymes(P450scc, P450c17, P450c11)의 전사를 증가시키고, LDL receptor와 HDL receptor를 증가시킵니다. 장기간 ATCH의 반응으로 세포내 소기관은 크기와 기능이 증가하고 세포의 수도 증가합니다.

이와 반대로 합성스테로이드의 장기간에 걸친 투약은 CRH와 ACTH를 억제(negative regulation)합니다. ACTH의 억제로 부신피질은 위축(기능 및 세포의 감소)이 되고, 인체는 외부에서 공급된 스테로이드에 의존합니다. 장기간의 스테로이드 투약 후 갑자기 스테로이드를 끊게 되면 인체에서 공급하는 스테로이드 호르몬의 부족으로 혈압저하 및 쇼크 등 부신기능 저하가 나타납니다.

2) 부신수질호르몬 adrenal medulla hormone

부신수질은 교감신경의 지배를 받는 크롬친화세포(chromaffin cells)를 가지고 있습니다.

크롬친화세포는 부신수질의 기능 단위(functional unit)로서, 부신수질에서 교감신경의 postganglionic neurons으로 작용을 합니다.

교감신경의 preganglionic neuron에서 분비한 acetyl choline(ACh)은 postganglionic neuron으로 작용하는 크롬친화세포의 nicotinic receptor에 작용합니다. ACh의 증가는 rate-limiting 효소인 tyrosine hydroxylase의 활성을 증가시키고, dopamine β-hyroxylase의 활성도 증가합니다. 효소 활성의 증가로 tyrosine으로부터 catecholamines(adrenaline, noradrenaline, dopamine)의 합성이 증가하고, 부신수질에서 catecholamines의 분비도 증가하게 됩니다.

부신수질에서 분비한 catecholamines은 표적장기(근접한 장기)에 직접 작용하지 않고 혈중으로 분비가 되어서 호르몬(멀리 떨어져 있는 장기에 작용)처럼 작용을 합니다.

부신수질이 분비하는 호르몬은 80%가 adrenaline이고, 20%가 noradrenaline입니다. 혈중에 존재하는 adrenaline은 모두 부신수질에서 유래된 것입니다. 그리고 noradrenaline은 30%가 부신수질에서 유래되고, 나머지 70%는 postganglionic sympathetic nerve 말단에서 혈중으로 확산된 것입니다.

Catecholamines은 보통 α-adrenergic receptors(α1, α2)와 β-adrenergic receptors(β1, β2, β3)에 작용을 합니다. Adrenaline과 noradrenaline은 α-receptors와 β1, β3 receptor에 강력한 작용제로 기능합니다. β2 receptor에서는 adrenaline이 noradrenaline보다 더 강한 작용제입니다.

운동, 저혈당, 출혈 등 스트레스의 다양한 형태는 신경계를 자극하고 자율신경은 이에 대한 반응으로 부신수질에 자극(acetylcholine)을 보냅니다. 부신수질에서 분비된 catecholamines은 교감신경의 활성을 변화시켜 스트레스에 대한 인체의 반응이 나타납니다.

3) SAM과 HPA axis

부신은 교감신경의 지배(부신수질)와 호르몬의 지배(부신피질)를 받습니다. 특히, 부신은 내부와 외부의 변화에 따른 인체의 반응을 조절합니다.

 

자극(또는 스트레스)를 감지한 시상하부는 2개의 경로(HPA axis와 SAM pathway)를 통해서 인체를 변화시킵니다. 신경계를 통한 빠른 반응인 SAM pathway는 저장된 포도당을 동원하고, 심박출량과 호흡량을 증가시켜 세포의 에너지 사용을 높입니다.

호르몬을 통한 긴 반응인 HPA axis는 지방(지방세포)과 아미노산(근육)을 동원하여 간에서 당신생반응(gluconoegenesis)을 통하여 혈중의 포도당 농도를 높입니다. 신경세포를 제외한 나머지 세포는 지방을 에너지로 사용합니다. 또한, Na+이온과 물을 보존하고 K+과 H+이온은 제거합니다.

자극에 대한 인체의 반응은 자극으로부터 인체를 보호하고 자극으로부터 벗어나는 역할을 합니다. 하지만 자극의 지속은 인체의 반응 즉, HPA axis와 SAM pathway를 계속 흥분시킵니다. 이 반응의 지속은 결국 인체가 견딜 수 없는 상황으로 가며, 인체가 견딜 수 없는 상황이 바로 질병입니다.

다음 장에는 호르몬의 작용과 질병간의 관계를 살펴보겠습니다.

 

참고문헌

파마코세라피 임상약학백과사전, 조윤커뮤니케이션
위키피디아 검색 : adrenal cortex, adrenal medulla, adrenal gland
알기 쉬운 해부생리, 정담미디어, 임난영 외 공역
Harper’s biochemistry
스테로이드-언제 어떻게 쓸 것인가, 도서출판 대한의학, Yamamoto Kazuhiko

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