Biotin: From Nutrition to Therapeutics (2017)

https://doi.org/10.3945/jn.116.238956

 

해당 논문은 비오틴(Biotin)의 영양학적 역할부터 치료적 잠재력까지를 다루고 있다. 주요 내용은 임신 중 비오틴의 효과, 유전자 발현에서 비오틴의 역할, 다발성 경화증 치료에서의 고용량 비오틴 보충제의 사용, 그리고 비오틴 섭취로 인해 임상 검사에서 발생할 수 있는 오류 등이다.

 

비오틴 결핍은 증상이 명확하게 나타나는 경우는 드물지만, 특히 임신 중에는 경미한 비오틴 결핍이 발생할 수 있다. 이는 일부 선천성 결손 위험을 증가시킬 수 있는 요소로 지적된다. 비오틴은 다섯 가지 비오틴 의존성 카르복실레이스(ACC1, ACC2, MCC, PCC, Pyruvate carboxylase)의 보조 인자로 중요한 역할을 하며, 유전자 발현에도 영향을 줄 수 있다.

 

주요 연구 결과

1. 비오틴 결핍과 임신

   • 임신 중 경미한 비오틴 결핍은 정상적으로 발생할 수 있으며, 이는 태아 발달에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 마우스 모델에서 비오틴 결핍이 입천장 기형, 짧은 사지 등의 높은 빈도의 기형을 초래할 수 있음을 확인하였다.
   • 임신 후기에 비오틴 섭취를 2~3배로 늘렸을 때 결핍 지표인 소변 내 3HIA 농도가 감소하는 것을 관찰하였다.

2. 비오틴의 유전자 조절 역할

   • 비오틴은 히스톤의 바이오틴화(biotinylation)를 통해 유전자 발현을 조절한다. 최근 연구는 히스톤 바이오틴화가 유전자 억제에 직접적인 역할을 하기보다는, 그 주변의 물리적 구조를 변화시키는 데에 기여할 가능성이 있다고 제안한다.

3. 고용량 비오틴 치료의 가능성

   • 비오틴-티아민 반응성 기저핵 질환(BTBGD)과 같은 신경 질환에서 고용량의 비오틴이 긍정적인 치료 효과를 보였다.
   • 다발성 경화증 환자에게 고용량 비오틴(100-300mg/day)을 투여한 결과, 임상적 증상이 개선되는 사례들이 보고되었다. 특히, 시각 신경 및 척수 기능이 향상된 사례가 포함되었다.

4. 임상 검사에서의 비오틴 간섭

   • 고용량 비오틴 섭취는 생화학적 검사, 특히 스트렙타비딘-비오틴 기술을 사용하는 호르몬 검사에서 잘못된 결과를 초래할 수 있다. 이는 비오틴이 검사 과정에서 스트렙타비딘 결합을 방해하여 검사 수치에 왜곡을 일으키기 때문이다.

 

연구 방법

• 대상자 및 연구 설계

  • 대상자 모집
    • 임신 중 여성과 비임신 여성으로 구분하여 연구 진행
    • 임신 초기와 임신 말기의 임산부를 포함하여 비오틴 결핍 여부를 평가
  • 연구 디자인
    • 비오틴 보충 전후의 생리적 변화를 분석하는 전후 비교 연구
    • 고용량 비오틴 보충(100-300mg/day)이 다발성 경화증 환자의 신경 증상에 미치는 영향을 개방형 연구 방식으로 조사

• 비오틴 상태 평가 방법

  • 비오틴 결핍 지표
    • 3-하이드록시이소발레르산(3HIA) 측정
      • 소변 및 혈중 3HIA 농도를 분석하여 비오틴 의존성 MCC 효소 활동 감소 여부 평가
      • 3HIA 증가는 MCC 효소 활동이 저하된 상태를 나타냄
    • 3-하이드록시이소발레릴카르니틴(3HIAc) 배출량 측정
      • 소변 내 3HIAc 수치 변화를 통해 비오틴 결핍의 심각성을 평가
      • 임신 여성과 비임신 여성의 3HIAc 농도 비교
  • 비오틴 보충제 투여
    • 300마이크로그램/일의 비오틴 보충제를 임신부에게 투여하여 비오틴 결핍 개선 여부 확인
    • 비오틴 보충 전후의 소변 및 혈액 검사를 통해 지표 변화를 모니터링

• 다발성 경화증 환자 대상 고용량 비오틴 보충

  • 대상자: 진행성 다발성 경화증 환자 23명 모집
    • 2차 진행성 다발성 경화증과 원발성 진행성 다발성 경화증 환자 모두 포함
  • 비오틴 보충 프로토콜
    • 하루 100~300mg의 비오틴을 최대 16개월 동안 지속적으로 투여
    • 환자 개인별 맞춤 용량 조절을 통해 최적의 치료 반응을 도출
  • 임상 반응 평가 방법
    • 시각 기능 검사
      • 시각 유발 전위(visual evoked potentials) 검사를 통해 시각 회복 여부를 평가
      • 시각적 손상을 겪고 있는 환자들을 대상으로 시력 변화 관찰
    • 운동 기능 검사
      • 임상 신경 평가: 환자의 걸음걸이, 균형감각, 손 기능 등을 정기적으로 평가
      • 동영상 촬영 기록을 통해 전문가가 평가한 개선 여부를 확인
    • 뇌 MRI 및 MRS 검사
      • 미엘린 생성 여부와 뇌 염증 감소를 뇌 자기공명영상(MRI)으로 분석
      • 프로톤 자기공명분광법(MRS)를 통해 뇌 내 에너지 대사 변화를 관찰

• 임상 검사에서 비오틴 간섭 평가

  • 스트렙타비딘-비오틴 기술 사용 검사
    • 호르몬 측정 방법
      • 갑상선 기능 검사(자유 T4, TSH)를 비롯한 다양한 호르몬 검사에서 비오틴의 영향을 조사
      • 비오틴 보충 전후의 호르몬 수치 변화를 비교
    • 간섭 메커니즘 분석
      • 비오틴 과다로 인해 스트렙타비딘에 대한 결합 경쟁이 발생하여, 검사 결과 왜곡이 나타남
      • 검사 샘플에서 스트렙타비딘 미세구슬 전처리를 통해 오류 수정 가능성 검토

 

 

그래프 설명

1. Urinary 3HIA Levels by Pregnancy Stage

• 임신 초기, 임신 말기, 비임신 여성의 소변 내 3HIA(3-하이드록시이소발레르산) 수치를 비교한 그래프이다. 임신 초기와 말기 여성의 3HIA 수치가 비임신 여성보다 높게 나타났다.
  • 3HIA는 비오틴 결핍의 지표로, 이 수치가 높다는 것은 비오틴 의존성 효소인 MCC의 활동 저하를 의미한다.
  • 임신 중 여성은 비임신 여성보다 비오틴 요구량이 높으며, 자연적인 결핍 상태에 빠질 가능성이 크다.
  • 이러한 결핍 상태는 태아 발달에 부정적 영향을 미칠 수 있어, 비오틴 보충이 필수적이다.

2. Visual Function Improvement in MS Patients

• 다발성 경화증(MS) 환자들의 비오틴 보충 전후 시각 기능 점수 변화를 보여주는 그래프이다. 대부분의 환자에서 점수가 향상되었다.
  • 비오틴 보충이 다발성 경화증 환자의 신경 기능을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.
  • 비오틴은 지방산 합성 촉진과 에너지 생성을 도와 신경 보호 효과를 제공한다. 이는 신경계 손상을 줄이고 증상 완화에 도움을 준다.
  • 특히, 시각 손상이 있는 환자들이 비오틴 보충 후 시각 기능의 회복을 경험한 것은 비오틴의 신경 재생 효과를 나타낸다.

3. Effect of Biotin Intake on Free T4 Levels

• 비오틴 섭취량에 따른 자유 T4(Free T4) 호르몬 수치 변화를 보여준다. 비오틴 섭취량이 증가할수록 자유 T4 수치가 높아지는 경향을 보인다.
  • 비오틴 보충은 호르몬 검사 결과에 간섭할 수 있다. 스트렙타비딘-비오틴 기술을 사용하는 검사에서, 비오틴 과다는 검사 결과 왜곡을 초래할 수 있다.
  • 비오틴을 섭취하는 사람들이 의료진에게 보충제 복용 여부를 알리고, 검사 결과 해석 시 주의해야 함을 의미한다.

4. MCC Enzyme Activity with Biotin Supplementation

• 비오틴 보충량에 따른 MCC 효소 활동 변화를 나타낸다. 비오틴 보충량이 증가할수록 MCC 효소의 활동이 증가하는 경향을 보인다.
  • MCC(메틸크로토닐-CoA 카복실화효소)는 비오틴 의존성 효소로, 비오틴이 충분히 보충되면 효소 활동이 정상화된다.
  • 효소 활동 저하는 에너지 대사 문제로 이어질 수 있으며, 이는 피로감, 근육 약화, 대사 장애를 초래할 수 있다.
  • 비오틴 보충이 효소 활동을 높이는 효과를 통해, 대사 과정을 정상적으로 유지하고 체내 에너지 생성을 돕는다.

 

연구 결과

• 임신 중 비오틴 결핍 관련 결과

  • 임신 초기 및 말기 여성 중 상당수가 경미한 비오틴 결핍 상태를 보임
    • 3HIA 농도 증가가 임신부에서 특히 두드러지며, 이는 비오틴 의존성 MCC 효소 활동이 저하된 상태를 나타냄
    • 비임신 여성에 비해 3HIA 및 3HIAc 배출이 높게 나타났으며, 이는 비오틴 부족을 반영함
  • 비오틴 보충 후 결핍 개선
    • 하루 300마이크로그램의 비오틴 보충 시, 소변 내 3HIA 농도가 정상화됨
    • 이는 비오틴 보충이 비오틴 의존성 효소의 기능 회복에 효과적임을 시사
  • 태아 발달에 미치는 영향:
    • 임신 중 비오틴 결핍이 태아의 골격 이상(예: 구개열, 사지 단축 등)을 유발할 수 있으며, 이는 동물 모델에서도 유사한 결과를 보임
    • 비오틴 보충을 통해 태아의 건강한 발달에 도움을 줄 수 있음

• 다발성 경화증 환자 대상 고용량 비오틴 보충 결과

  • 임상적 개선
    • 23명 중 16명에서 운동 기능이 개선되었으며, 이는 임상 신경 검사와 동영상 리뷰를 통해 확인됨
    • 시각 손상을 겪고 있는 환자 중 4명은 시력 회복을 경험하였으며, 시각 유발 전위 검사에서도 양호한 반응을 보임
    • 뇌 MRI 및 MRS 검사 결과, 미엘린 손상 완화 및 뇌 염증 감소가 관찰됨
  • 고용량 비오틴의 작용 기전
    • 비오틴은 지방산 합성 경로를 자극하여 미엘린 생성을 증가시킴
    • 에너지 생성 증가: 비오틴은 TCA 회로 활성화를 통해 신경 세포의 에너지 대사를 촉진, 세포 보호 효과를 제공
    • 산화 스트레스 감소: 비오틴의 항산화 효과를 통해 신경 세포의 손상을 줄이며 증상 악화 방지에 기여

• 비오틴과 임상 검사 오류 관련 결과

  • 비오틴 보충의 간섭 효과
    • 비오틴 보충 시 갑상선 검사 결과에서 자유 T4 수치가 상승하고, TSH 수치가 감소하는 잘못된 결과가 도출됨
    • 이는 비오틴이 스트렙타비딘과 결합하여 검사 장비의 정확도를 낮추기 때문

 

연구 결론

비오틴은 임산부에게 중요한 영양소로, 태아 발달에 영향을 미칠 수 있어 적절한 보충이 필요하다. 특히 임신 초기에는 비오틴 결핍 위험이 높아질 수 있으므로, 필요한 섭취량을 충족시키는 것이 중요하다. 다발성 경화증 환자의 경우 고용량 비오틴 보충이 질병 진행을 지연시키고 신경 기능 회복에 도움이 될 수 있다는 가능성을 시사한다. 또한, 비오틴은 신경 보호와 유전자 조절에 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이는 에너지 대사와 세포 보호에 중요한 역할을 할 수 있다. 이를 통해 전반적인 건강 유지에 기여할 수 있다. 다만, 고용량 비오틴 섭취가 혈액 검사나 호르몬 측정 결과에 영향을 줄 수 있으므로 보충제를 복용하는 사람들은 이를 의료진에게 반드시 알릴 필요가 있다.

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