내몸의 반란 ≫ 보상, 식욕, 면역

보상의 반란 : 알코올 중독

매커니즘

  

사람들이 폭음하는 이유
뇌과학 통해 알코올‧도파민 보상경로 발견

술을 한꺼번에 많이 마시는 것을 폭음(binge drinking)이라고 한다. 정상적인 사람들이 섭취하는 음주량보다 훨씬 더 많은 양의 알코올을 단시간에 섭취하는 것을 말한다. 그동안 많은 과학자들은 사람들이 왜 폭음을 하는지 그 원인을 분석해왔다. 그리고 최근 뇌과학의 도움을 얻어 그 원인을 밝혀내고 있다.
2018.10 26일 ‘포브스’ 지에 따르면 미국 시카고 일리노이 대학의 후성유전학 알코올 연구센터(Center for Alcohol Research in Epigenetics)에서 새로 발견한 경로를 통해 알코올이 뇌에 어떤 영향을 미치고 있는 지 그 과정을 추적하고 있는 중이다. 행위중독(behavioral addiction)이란 용어가 있다. 부정적인 결과가 예상됨에도 불구하고 쇼핑, 인터넷 사용, 컴퓨터 게임, 도박, 성(性), 스마트폰 사용 등의 특정한 행위를 지나치게 많이 하는 상태를 말한다. 과학자들은 알코올이 뇌에 흡수됐을 때에도 유사한 상황이 전개된다고 보고 있다. 뇌의 보상중추(reward center) 안의 신경세포(neurons)를 자극해 신경전달물질인 도파민(dopamine)을 분출하게 한다는 것. 도파민은 보상(reward)을 담당하고 있는 화학물질이다. 이 ‘기쁨의 화학물질(pleasure chemical)’은 술을 마시고 있는 사람의 뇌에 지금 보상을 받고 있다고 하는 신호를 보내 음주 행위를 계속하도록 만든다.
이 신호가 직접 전달되는 곳은 뇌의 보상중추인 복측 피개영역(VTA: ventral tegmental area)이다. 과학자들은 VTA에 도파민이 도달하면 신경세포(neurons) 활동이 급격히 증가하면서 활발해지는 것을 발견했다. 그러나 도파민이 ‘어떤 경로’를 거쳐 VTA에 도달하고 있는지 아직 밝혀내지 못하고 있었다. 이 경로를 일리노이대 후성유전학 알코올 연구센터에서 밝혀냈다.
연구팀은 쥐 실험을 통해 VTA에 있는 칼륨채널(potassium channel)과 같은 기능이 작동하는 것을 알아냈다. 칼륨채널이란 세포막에 있으면서 칼륨이온을 선택적으로 통과시키는 일을 하고 있는 것으로 생각되고 있는 경로를 말한다. 연구 결과에 따르면 뇌에 들어간 알코올 성분이 ‘KCNK13’이란 명칭이 붙여진 이 채널에 도달해 도파민 분비를 촉진하도록 압박을 가하는 것으로 밝혀졌다. 일리노이 의과대학의 마크 브로디(Mark Brodie) 교수는 “알코올에 의해 강하게 압력을 받은 ‘KCNK13 채널’이 신경세포들로 하여금 더 많은 도파민을 분비하도록 촉진하는 일을 하고 있었다”며 “이 활동을 차단할 수 있다면 폭음을 막을 수 있을 것”이라고 말했다.
일리노이대 연구팀은 이번 연구를 위해 ‘KCNK13 채널’의 크기와 활동량을 보통 쥐보다 15% 축소한 쥐를 유전자 복제했다. 그리고 알코올을 제시한 결과 보통의 쥐보다 30%나 더 많은 양의 알코올을 폭음하기 시작했다. 브로디 교수는 “이 동물 실험을 통해 ‘KCNK13 채널’의 활동량이 작은 쥐일수록 도파민 분비로 인한 더 많은 보상(reward)을 획득하기 위해 더 많은 알코올을 원하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다”라고 말했다.
그러나 알코올을 섭취한 후 복제 쥐의 보상중추인 복측 피개영역(VTA)의 신경세포 활동은 매우 미진한 것으로 나타났다.

두 번째 실험에서 연구팀은 ‘KCNK13 채널’의 크기를 줄인 복제 쥐와 보통 쥐에게 같은 양의 알코올을 주입하고 VTA에 있는 신경세포가 어떤 반응을 보이는지 그 움직임을 관찰했다. 그 결과 복제 쥐의 신경세포 활동량이 보통 쥐의 50%에 불과했다. 이 같은 연구 결과는 ‘KCNK13 채널’이 작은 쥐일수록 더 많은 도파민을 원하지만,  VTA에 있는 신경세포 활동이 미진해 더 많은 알코올을 원하게 된다는 것을 말해주고 있다. 브로디 교수는 “이번 연구 결과를 통해 ‘KCNK13 채널’의 크기가 알코올에 대한 선호도에 큰 영향을 미치고 있다는 사실을 확인할 수 있었다”고 말했다.
그는 또 “사람의 임상실험을 통해 이 같은 사실을 확인할 경우 알코올 중독자 치료를 수행하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것”으로 내다봤다.
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『술 취한 원숭이』 (2019, 로버트 더들리 지음, 김홍표 옮김, 궁리)

과일이 덜 익었을 때는 유기산의 농도가 높고 당분이 적어 이런 현상이 거의 일어나지 않지만, 과일이 충분히 성숙되고 당이 축적되면 여기에 반드시라고 해도 좋을 만큼 높은 확률로 효모가 개입해 알코올 발효가 일어난다. 따라서 효모의 발효로 인한 알코올의 생성은 그 과실이 충분히 성숙했다는 매우 확실한 증거가 될 수 있다. 식물은 동물에게 뜯어 먹히는 것을 방지하기 위해 온갖 독성 알칼로이드로 온몸을 무장하고 있음에도 불구하고, 과일만은 달콤하고 부드럽게 만들어 동물을 유혹한다. 움직일 수 없는 식물은 동물의 몸을 빌어 씨앗을 운반해야 할 필요성이 있기 때문이다. 하지만 아직 덜 여문 과일까지 동물이 먹어 치운다면 죽 쒀서 버린 꼴이 되기에, 대개의 식물들은 미성숙한 과실에는 신맛과 떫은맛이 나는 물질들을 채워놓아서 동물들이 먹기를 꺼리게 만들다가, 씨앗이 충분히 성숙되면 이들 물질을 줄이고 대신 당을 채워 동물들을 유혹한다. 하지만 말 못하는 식물이 ‘오래 기다렸어. 이제 어서 먹고 내 씨앗을 퍼뜨려줘’라는 신호를 어떻게 동물에게 전할까. 안토시아닌이나 리코펜 등 색소의 농도 변화로 이를 인식시키는 경우도 있지만, 어떤 식물들은 효모를 이용하기도 한다. 효모가 만들어내는 알코올은 휘발성이 강한 유기용매이기 때문에 과실의 향긋한 내음을 한껏 증폭시켜 주변의 동물에게 광고하는 효과가 있으며, 동물의 입장에서는 어떤 과일에서 술맛이 난다면 이는 충분히 익어서 먹어도 괜찮다는 증거가 될 수 있다. 이에 과일을 주된 열량 공급원으로 이용했던 영장류 조상들은 코를 찌르는 알코올 냄새로 깊숙이 숨어 있는 농익은 발견할 수 있었고, 또한 과일의 성숙도를 판단하는 좋은 지표였기 때문에 알코올에 대한 선호 경향성이 진화상에서 선택되었던 것이다. 또한 소량의 알코올 섭취는 오히려 건강에 긍정적인 영향을 미치는 경향 또한 있으니―소량의 알코올인 심혈관 질환을 예방한다는 보고가 있다― 유전자는 이를 선택하는 보상 회로를 통해 우리는 알코올에 탐닉하는 성향을 가지고 태어나게 되었다는 것이다. 게다가 식물의 입장에서도 효모의 발효로 인한 알코올의 발생은 동물을 유혹하는 수단이 될 뿐 아니라, 다른 기타 미생물의 침입을 막는 작용(알코올은 살균 작용을 하므로)까지 하니 손해 볼 것이 없다. 기존에 우리는 우연히 술을 먹고 취한 기분을 느껴 술에 탐닉하게 되었다고 생각했는데, 이에 따르면 우리가 애초에 알코올을 선호하는 신경 보상 회로를 가지고 있기에 알코올에 끌릴 수밖에 없다고 보아야 하는 셈이다. 그리고 모든 종류의 보상회로들이 그렇듯이 그 보상 회로가 주는 고양감이 너무나 달콤한 덕에, 결국 도를 넘어 술을 먹는 것이 아니라 술에 먹혀버린 사람들도 부지기수로 생겨난 것이다.



발암성

 


- 인간을 인간답게 만든 것은 알코올 섭취능력?(完譯)

번역 : 안병찬님

휴일이 낀 주말에 폭음을 하고 싶은 유혹을 느낀 적은 없는가? 인간의 음주 욕망은 알코올 분해능력과 더불어 자그마치 1,000만 년의 유구한 역사를 가지고 있다는 연구결과가 나왔다. 이번 연구결과는 우리의 영장류 조상들의 행동을 연구하는 데 단서를 제공할 뿐 아니라, 알코올 중독이(심지어 한잔의 술을 마시고 싶은 욕망까지도) 발생한 이유를 설명하는 데도 기여할 것으로 보인다. "연구진은 끈질긴 연구를 통해 진화사의 매혹적인 스토리를 발굴해 냈다"라고 뉴멕시코 주립대학교의 브렌다 베네핏 교수(인류학)는 논평했다. (베네핏 교수는 이번 연구에 참여하지 않았다.)

인간은 에탄올을 대사할 수 있는 능력을 갖고 있어, 적당한 양의 알코올을 섭취하더라도 탈이 나지 않는다. 과학자들은 이 같은 능력이 알코올탈수소효소(ADH4: alcohol dehydrogenase enzyme) 덕분이라는 사실을 잘 알고 있다. ADH4는 알코올 분해과정에서 매우 중요한 첫 번째 임무를 수행하는 효소다. 비록 모든 영장류들이 ADH4를 보유하고 있지만, 모든 영장류가 알코올을 분해할 수 있는 것은 아니다. 예컨대 여우원숭이(lemurs)나 개코원숭이가 가진 ADH4 버전은 인간의 것보다 효율이 떨어진다. 과학자들은 지금껏 `인간이 얼마나 오래 전에 효과적인 ADH4 효소를 진화시켰는지`를 알지 못했다. 다만 일부 과학자들은 `지금으로부터 약 9,000년 전, 인간이 음식물을 발효시키기 시작할 때까지만 해도, 효과적인 ADH4 효소가 등장하지 않았다`고 막연히 생각해 왔을 뿐이다.

미국 플로리다주 게인스빌 소재 산타페 칼리지의 매튜 캐리건 교수(생물학)가 이끄는 연구진은 19종의 현대 영장류를 대상으로 ADH4 단백질을 분석한 다음, 역사를 거슬러 올라가 영장류 진화사의 상이한 시점에서 나타난 ADH4의 시퀀스를 추적했다. 그리고는 고대의 영장류에게서 발견된 상이한 유전자 버전들의 코드를 근거로 ADH4 단백질을 만들어, 에탄올 대사효과를 분석해 봤다. 그 결과 가장 오래된 ADH4(5,000만 년 전의 영장류에게서 발견됨)의 경우, 소량의 에탄올을 매우 느리게 분해하는 것으로 나타났다. 그러나 1,000만 년 전의 영장류(인간, 침팬지, 고릴라의 공동조상)가 보유했던 ADH4는 이보다 40배나 우수한 알코올 대사능력을 발휘하는 것으로 밝혀졌다. 연구진은 이상의 연구결과를 정리하여, PNAS 12월 1일호(온라인판)에 기고했다.

"1,000만 년 전쯤에는 지구가 냉각되면서 식량원이 변했기 때문에, 우리의 영장류 조상들은 먹을 것을 찾기 위해 지상의 생물들을 탐사하기 시작했다. 이 같은 새로운 생활방식은 `영장류가 최초로, 나무에 열린 과일을 따먹을 뿐만 아니라 땅바닥에 떨어진 과일도 주워먹기 시작했다`는 것을 의미한다. 땅바닥에 떨어진 과일은 환경 속의 세균에 노출되어 당이 알코올로 전환되기 때문에, 에탄올이 축적되기 시작한다. 이때 새로운 버전의 ADH4를 보유하지 않은 영장류들은 혈중에 알코올이 신속히 축적되어 훨씬 빨리 취했을 것이다. 쉽게 취하면 몸에 탈이 나거나 영토방어와 먹이찾기에 지장을 주므로, 생존에 불리했을 것이다. 따라서 새로운 버전의 ADH4 유전자는 인간과 침팬지 계열의 영장류에게서 선택되었을 것이다"라고 연구진은 설명했다.

연구진은 이번 연구가 `인간의 뇌가 쾌락경로(pleasure pathway)를 알코올 섭취와 연관시키도록 진화한 이유`를 밝히는 데 도움이 될 것으로 생각하고 있다. "에탄올은 핵심적인 식량원과 밀접하게 연관되어 있다. 알코올에 대한 탐닉은 다른 식품들에 대한 탐닉과 별로 다르지 않다. 알코올과 사탕이 도처에 널려 있지 않은 상태에서는 이것들을 과잉섭취하기가 어려웠다. 그러나 알코올과 사탕이 풍부하게 존재하게 되면서, 인간의 뇌는 이것들을 과잉섭취하도록 프로그램된 것이다"라고 연구진은 말했다.

이번 연구는 다양한 버전의 ADH4가 진화되어 온 과정을 밝힘으로써, 상이한 계열의 영장류가 등장한 시간과 장소를 밝히는 데도 도움을 줄 것으로 보인다. `인간의 영장류 조상이 1,000만 년 전부터 원숭이들과 다른 ADH4를 보유하고 있었다`는 사실은, 오우라노피테쿠스(Ouranopithecus)를 둘러싼 대한 가설에 의문을 제기한다(http://www.sciencemag.org/content/327/5965/532.summary…). 오우라노피테쿠스는 800만~900만 년 전의 화석에서 발견된 아시아의 유인원으로, 일각에서 `인간과 침팬지의 진화과정에서 나타난 하나의 과도적 단계`라고 주장해 왔다. 그러나 800만~900만 년 전이라면, 인간의 혈통이 계통발생도 상에서 아시아 유인원과 이미 분리되어 있던 때였다고 할 수 있다. 왜냐하면 오우라노피테쿠스는 ADH4의 효율이 매우 낮았기 때문이다.

마지막으로, 이번 연구결과는 1,000만 년 전 영장류 사이에서 일어났던 판도변화를 설명하는 데도 도움이 되는 것으로 보인다. "우리는 어떤 영장류는 육지에서 살고, 어떤 영장류는 나무 위에서 사는 이유가 뭔지를 궁금하게 여겨 왔다. 땅에 떨어져 발효된 과일을 먹을 수 있도록 적응한 영장류가 육상생활을 하게 되었다는 설명은 매우 그럴듯하다"라고 연구진은 말했다.

※ 원문정보: Matthew A. Carrigan, "Hominids adapted to metabolize ethanol long before human-directed fermentation", Published online before print December 1, 2014, doi: 10.1073/pnas.1404167111, PNAS December 1, 2014.