Glycine Metabolism and Its Alterations in Obesity and Metabolic Diseases (2019)

https://doi.org/10.3390/nu11061356

 

글리신은 체내에서 단백질 합성뿐 아니라, 항산화 방어, 해독 작용, DNA 메틸화 조절 등 다양한 생물학적 과정에 관여하는 중요한 아미노산이다. 해당 리뷰 논문은 비만 및 대사 질환에서 관찰되는 혈중 글리신 농도 감소 현상의 원인을 분석하고, 글리신 대사의 변화가 인슐린 저항성, 제2형 당뇨병, 비알코올성 지방간 질환(NAFLD) 등의 병리 발생에 어떤 역할을 하는지를 집중적으로 다룬다.

 

글리신의 주요 기능과 대사 경로

1. 글리신은 조건부 필수 아미노산이다

• 글리신은 생합성이 가능하다는 점에서 비필수 아미노산으로 분류되지만, 대사 수요가 증가하는 특정 상황에서는 체내 합성만으로는 공급이 부족할 수 있어 '조건부 필수 아미노산'으로 간주된다​.

• 일일 글리신 식이 섭취량은 일반적으로 1.5–3g 수준이며, 단백질 함량이 높은 식품에서 일정한 비율로 공급된다​.

2. 주요 합성 경로: Serine → Glycine

• 간세포 내 SHMT(serine hydroxymethyltransferase) 효소가 serine을 glycine으로 전환하는 과정이 글리신 생합성의 핵심이다. 이 반응은 5,10-methylene tetrahydrofolate(CH2-THF)와 pyridoxal phosphate를 보조인자로 요구한다​.

• 그러나 이 반응의 화학량론적 제약으로 인해 글리신 수요를 충족하지 못할 수 있으며, 비만 및 NAFLD에서는 SHMT1, SHMT2 유전자 발현이 감소돼 글리신 합성 저하가 의심된다​.

3. 글리신 분해 경로와 소실

• 간에서 glycine cleavage system(GCS)을 통한 분해 반응이 증가하면 글리신 소실이 발생한다. 비만과 당뇨병에서는 글루카곤 증가로 이 분해 경로가 과활성화돼 혈중 글리신 수치가 더욱 감소할 수 있다.

 

대사 질환에서의 글리신 결핍 현상

1. 비만 및 T2DM에서 일관된 글리신 감소

• 다수의 관찰 연구에서 비만, 인슐린 저항성, 제2형 당뇨병 환자의 혈장 글리신 농도가 건강한 사람에 비해 9–15% 낮았다​.

• Framingham과 Malmö 코호트 연구에서는 혈중 글리신 농도가 낮을수록 대사 증후군 발병률이 높았다​.

2. 글리신은 인슐린 감수성과 강한 상관관계를 가진다

• 399명의 비당뇨 성인을 대상으로 한 연구에서, 글리신은 혈중 아미노산 중 인슐린 감수성과 가장 높은 양의 상관관계를 보였다. HOMA-IR 지표와는 음의 상관관계를 보이며, 인슐린 저항성이 심할수록 글리신 수치가 낮았다​.

3. 글리신 수치는 질병 위험의 조기 예측 지표로 작용 가능

• 비만 혹은 당뇨병 가족력이 있는 정상체중 성인의 경우에도 글리신 농도는 감소돼 있었으며, 이는 향후 T2DM 발병 위험 예측에 유용한 생체지표가 될 수 있다는 점이 제시됐다​.

 

글리신 대사 이상이 유발하는 생리적 문제

1. 글루타치온 합성 저하 및 항산화 기능 약화

• 글리신은 글루타치온 합성의 필수 성분이며, 당뇨병 환자에서는 평균 글루타치온 수치가 60% 낮게 나타난다. 이는 산화 스트레스 증가와 관련돼 있으며, 글리신 보충은 글루타치온 수치를 회복시키는 데 도움을 준다​.

2. 미토콘드리아 기능 장애

• 글리신은 헴(heme) 합성에 8분자의 전구체로 작용한다. 헴은 미토콘드리아 전자전달계의 복합체 I, III의 안정성과 기능에 필수이며, 글리신 부족은 미토콘드리아 기능 저하와 호흡 능력 감소로 이어질 수 있다​.

3. DNA 메틸화 조절 실패와 암 위험 증가

• 간에서는 GNMT(glycine-N-methyltransferase)가 글리신과 SAM을 이용해 사르코신을 생성하고, SAM/SAH 비율을 조절함으로써 유전자 메틸화 수준을 조절한다.

• NAFLD와 간세포암 환자에서는 GNMT 발현이 감소하고, DNA 과메틸화가 진행돼 RASSF1, SOCS2 등의 종양 억제 유전자가 침묵돼 암 위험이 증가한다​.

4. 담즙산 결합 저하와 해독 기능 약화

• 글리신은 담즙산과 결합해 지용성 독성물질을 소화관을 통해 배설시키는 역할을 한다. 글리신 부족은 이러한 해독 경로를 방해하며, 지방산 및 BCAA 대사 이상으로 생성된 아실기(acyl group)의 축적을 증가시킬 수 있다​.

 

글리신 보충의 대사 개선 효과

1. 인슐린 반응 및 혈당 내성 개선

• 건강한 성인에게 글리신 5g을 경구 투여하면 인슐린 분비가 증가하고, 혈당 내성이 개선됐다​.

• 대사증후군 환자에게 하루 15g을 3개월간 보충하면 산화 스트레스 지표가 개선되고, 혈압이 낮아지는 효과도 관찰됐다​.

2. 글루타치온 증가 및 산화 스트레스 억제

• HIV 감염 노인을 대상으로 글리신 + NAC 병용 보충(14일간)은 글루타치온 수치를 증가시키고 인슐린 감수성을 회복시켰다​.

3. 간 지방 축적 억제 및 포도당 조절 향상

• 동물 실험에서는 고지방 식이를 한 쥐에게 글리신을 투여하면 간 지방 축적이 감소하고, 당 내성이 개선됐으며, 이는 지방간 예방 효과를 시사한다​.

 

 

글리신이 연결하는 5가지 주요 대사 경로

1. 글리신 → 글루타치온 경로; 항산화 방어의 핵심

• 글리신은 글루타치온(GSH)을 합성하는 세 가지 아미노산 중 하나로, 글루타치온은 세포 내에서 활성산소(ROS)를 제거하는 가장 중요한 항산화 물질이다.

• 합성 경로는 다음과 같다:

  1. 글루탐산 + 시스테인 → γ-글루타밀시스테인 (GCL 효소 작용)

  2. γ-글루타밀시스테인 + 글리신 → 글루타치온 (GS 효소 작용)

• 글리신이 부족하면 이 합성 경로가 정체돼 조직 내 글루타치온 수치가 감소하고, 산화 스트레스가 증가한다.

2. 글리신 → 퓨린/헴/크레아틴 경로; 핵산 합성, 산소 전달, 에너지 저장에 필수

• 글리신은 퓨린 염기 합성에 직접 들어가며, DNA/RNA 구성에 기여한다.

• 또한 헴(heme) 생합성의 첫 단계(ALA 합성)에 들어가며, 이는 헤모글로빈이나 미토콘드리아 전자전달계 복합체에 필요한 철분 운반체로 이어진다.

• 크레아틴 생합성에도 관여해 근육과 뇌의 에너지 저장 역할을 한다.

3. 글리신 → 사르코신(Sarcosine) → 메틸기 대사 경로; 1-탄소 대사 및 DNA 메틸화 조절

• 글리신은 SAM(S-adenosylmethionine)과 반응해 사르코신을 생성하며, 이 반응은 GNMT 효소에 의해 촉매된다.

• 이 과정은 간 내 SAM 농도 조절 및 DNA 메틸화 균형에 핵심적이며, 이 균형이 깨지면 유전자 발현 이상 및 간암 발생 위험이 증가할 수 있다.

• 사르코신은 다시 산화돼 글리신으로 되돌릴 수 있으며, 이 메틸기 흐름은 세포의 에피제네틱 상태를 조절한다.

4. 글리신 → 담즙산 결합 → 해독 경로; 소화 및 지방 흡수, 독성 중화에 기여

• 글리신은 담즙산과 결합해 글라이코콜산(glycocholic acid) 등의 형태로 지방 소화와 흡수에 기여한다.

• 동시에 독성 대사산물과 결합해 수용성으로 만들어 배설을 돕는 해독 경로에도 작용한다.

5. 글리신 → 메티오닌 재활용 및 황(S) 대사; 메틸기 균형 유지와 항산화 연계

• 글리신은 메티오닌 → 시스타티오닌 → 시스테인 → 글루타치온의 흐름에 간접적으로 관여한다.

• SAM/SAH 비율과의 상호작용을 통해 DNA 및 단백질 메틸화 상태를 조절하며, 이 과정은 항산화 기능 및 세포 성장 조절과도 연결된다.

 

결론

글리신은 단백질 구성 요소일 뿐 아니라, 항산화, 해독, DNA 메틸화, 에너지 대사, 신경전달, 호르몬 분비 등 전신적인 대사 조절에 중요한 역할을 한다. 특히 비만 및 대사 질환 상태에서는 혈중 글리신 농도가 일관되게 감소하며, 이는 단순한 결과가 아닌 질병을 촉진하는 병태생리적 메커니즘의 일환으로 작용할 수 있다.

따라서, 글리신 대사의 이상을 조기에 탐지하고, 식이 조절이나 보충제를 통한 글리신 가용성 개선 전략은 대사 질환의 예방 및 진행 억제에 있어 중요한 도구가 될 수 있다. 향후 임상 시험을 통해 안전성과 장기적 효과를 검증하는 것이 필요하며, 프리바이오틱스·프로바이오틱스를 통한 장내 미생물 조절도 유망한 접근법으로 고려되고 있다.

 

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