골다공증 치료에 사용되는 코엔자임 Q10에 관한 연구

골다공증 (OP)은 골세포 분화와 골세포 흡수 사이의 불균형으로 발생한다.골량의 감소, 골 미세구조의 악화, 높은 골절 위험, 심각한 이환율과 사망률과 관련된 늦은 합병증 등이 특징이다.폐경 후 여성과 남성 노인 [1]에게 흔하다.

코엔자임 Q10 (CoQ10) 또는 유비퀴논은 산화 환원 활성 중심과 긴 폴리이소프렌 지질 사슬 [2]을 가진 벤조퀴논 고리로 이루어져 있다.코엔자임 Q10은 내인성 합성과 외인성 섭취 모두에서 유래됩니다.인체에서 코엔자임 Q10은 티로신 또는 페닐알라닌으로부터 합성되어 벤조퀴논 구조를 형성하고, 폴리이소프렌 측사슬은 메틸발레레이트 경로를 통해 아세틸 코엔자임 A (CoA) 로부터 합성됩니다.그리고 나서 히드록실화, 메틸화, 탈카복실화 (decarboxylation) 등의 방법으로 퀴논 고리 구조를 추가로 변형시키고 응축시켜 코엔자임 Q10이 형성되며 (3);외부 섭취는 주로 동물성 단백질, 채소, 과일, 곡류 [4]에서 나오는 반면.

기존의 골다공증 치료법은 주로 약물요법에 중점을 두고 있으며, 골다공증 약물을 장기간 복용할 경우 심각한 부작용이 발생할 수 있다는 것이 많은 실험을 통해 밝혀지고 있다.최근 연구에 따르면 코엔자임 Q10이 골 대사를 조절하고 골다공증 발생을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.따라서 본 글에서는 골다공증의 기존의 치료법, 골대사에 영향을 미치는 코엔자임 Q10의 기전, 적용 방법, 안전성 등에 대해 논의함으로써 골다공증 예방 및 치료의 새로운 방향을 제시하였다.

1. 골다공증의 전통적인 치료

현재 골다공증의 전통적인 치료법은 약물요법으로 크게 두 가지로 나뉘는데 골흡수방지약물과 골형태촉진약물이 있다.

1. 1 뼈 흡수 억제제

골흡수억제제는 골세포의 활성화와 기능을 억제해 골 소실을 예방한다.대표적인 약물로는 비스포스포네이트 (BPs), 데노수맙 (denosumab), 선택적 에스트로겐 수용체 조절제 (SERMs), 칼시토닌 (calcitonin) 등이 있다.비스포스포네이트에는 알렌드로네이트 (alendronate), 리세드로네이트 (risedronate), 이반드로네이트 (ibandronate), 졸레드론산 (zoledronic acid) 등이 있으며, 이들은 뼈 표면의 히드록시아파타이트에 결합하여 뼈 흡수를 억제한다.Denosumab은 인간의 재조 합의 구속력을 차단하는 단일 클론 항체 가 수용체 활성 핵 팩 터-κ B의 간 드 (RANKL)를 osteoclast 세포하고 [5] osteoclast 활동을 억제 한다

선택적 에스트로겐 수용체 조절제는 에스트로겐 수용체에 선택적으로 결합함으로써 효과를 발휘한다.수용체 활성 핵 팩 터-κ B의 간 드 (RANKL) 바인딩을 osteoclast 세포 로부터 [5], 억제 osteoclast 활동;선택적 에스트로겐 수용체 조절제는 에스트로겐 수용체에 선택적으로 결합하여 골세포의 생성과 활성을 감소시킴으로써 에스트로겐과 유사한 효과를 발휘한다 [6];칼시토닌은 뼈에서 칼슘이 유출되는 기전을 억제해 뼈 흡수를 억제한다.항 골 흡수 약물은 대부분 부작용이 있는데, 특히 골종양으로 인한 골 흡수 증가로 치료를 받는 골다공증 환자의 경우 당뇨, 면역 억제, 스테로이드, 흡연, 알코올 섭취와 함께 턱 괴사, 비정형 골절이 흔하다 [7].

골형성 약물 1.2

골형성약물은 조골세포의 분화를 촉진시켜 뼈의 형성을 증가시킨다.대표적인 약물은 테리파라타이드이다.Teriparatide는 재조합 인체 부갑상선 호르몬 1-34 (recombinant human paryroid hormone 1-34, RHPTH 1-34) 이며, Teriparatide의 n-말단 아미노산 서열이 신관 지층 막 [8] 표면의 조골세포, 중간엽세포, 제1 형 부갑상선 호르몬 수용체와 결합하여 뼈형성 효과를 발휘하며, 골다공증 및 골절 위험이 높은 폐경 후 여성에게 흔히 사용된다.teriparatide의 단점은 높은 가격, 심각한 부작용, 주사의 필요성입니다.

요약하면 골다공증 약물요법의 단점은 장기간 투여시 심각한 부작용이 발생할 수 있다는 것이다.따라서 안전하고 효과적인 골다공증 치료제에 대한 연구가 필요하다.

2.골대사에 영향을 미치는 코엔자임 Q10의 메커니즘

코엔자임 Q10은 산화 방지, 염증 억제, 세포 사멸 방지, 활성산소 제거 및 막 안정화 효과 등 많은 생리적 기능을 가지고 있지만, 골 대사에서 주로 산화 방지 및 세포 사멸 방지 효과를 발휘합니다.현재 연구에 따르면 코엔자임 Q10은 골세포 골 형성을 촉진하고, 골세포 골 흡수를 억제하며, 산화 스트레스와 세포 노화를 억제하여 골 손실을 방지합니다.

2.1 코엔자임 Q10이 조골세포 및 조골세포에 미치는 영향

조골세포는 골수의 다능중간엽줄기세포에서 기원하며 뼈형성을 담당하는 주요 기능세포이다.이들은 골기질의 합성, 분비, 광화작용을 한다.조골세포는 단핵대식세포 계통 조혈간세포의 다핵세포에서 기원하며 골흡수를 담당하는 주요 기능세포이다.뼈의 발달, 성장, 수복, 재건을 담당한다.연구에 따르면 코엔자임 Q10은 뼈 형성을 촉진할 수 있는 것으로 나타났다.

정 등 (9)은 세포배양과 쥐 골다공증 모델을 이용하여 실험쥐에서 추출한 골수중간엽 줄기세포를 연구하였고 CoQ10이 골수중간엽 줄기세포의 증식을 촉진하고 골원성 분화를 용량 의존적으로 촉진할 수 있음을 확인하였다 [10].Wu 등.'s [11] 연구결과, 항산화제인 CoQ10을 orchiectomy (ORX) 마우스에 40주간 투여하였고, 그 결과 CoQ10은 산화적 스트레스에 저항함으로써 ORX 가 유발한 골손실을 효과적으로 예방하였다.항산화제 CoQ10은 조골세포의 골형성을 촉진하고, 조골세포의 골흡수와 산화적 스트레스를 억제하며, 세포의 노화를 방지함으로써 orx로 유발된 골다공증에 예방 및 보호 역할을 하였다.

2.2 코엔자임 Q10은 산화 스트레스를 감소시킨다

산화적 스트레스는 반응성 산소종 (reactive oxygen species, ROS)의 생성이 증가하거나 항산화 활성이 감소하거나 [12] 생물학적 시스템에서 둘다 발생할 때 발생한다.과도한 반응성 산소종은 조골세포의 분화와 증식을 억제하고, 조골세포의 분화를 촉진하며, 궁극적으로 더 많은 골 흡수를 유도할 수 있다 [13-14].항산화제를 이용한 식이 보충은 과도한 반응성 산소종으로 인한 손상을 개선하는데 효과적인 방법이다 [15].

코엔자임 Q10은 항산화 및 활성산소 소거 효과가 있는 천연 항산화제로 산화 스트레스를 억제하고 감소시켜 골다공증을 예방한다.Zhang 등 [16]은 rat spinal cord injury (SCI) 모델을 정립하고 CoQ10 (10 mg/kg, gavage)을 매일 12시간 동안 10일 이상 투여하였다.그 결과 CoQ10 처리 후 SCI 쥐에서 골밀도 및 골미네랄 함량의 감소 속도가 느려졌다;뼈 내 malondialdehyde의 수준은 감소하였고, superoxide dismutase의 수준은 증가하였으며, 부상으로 인한 산화적 손상은 완화되었다;그리고 염증성 사이토카인의 수치는 현저히 감소되었다.이는 CoQ10치료가 척수손상 유발 골다공증 발생을 효과적으로 감소시킬 수 있음을 시사한다.

2.3 코엔자임 Q10 세포 노화의 영향을 억제합니다

세포노화는 세포사멸을 억제하고 여러 생리활성인자 (senescence-associated secretory phenotype-SASP)를 분비하는 세포주기 정지 상태로, [17] 배아 발육과 치유 과정에서 생리적 역할을 한다.ROS의 증가는 뼈를 포함한 모든 조직의 노화와 관련된 변화에 중요한 요소이다 [18].

일부 임상 및 실험 자료에서는 산화 스트레스가 뼈의 노화를 유발할 수 있다고 한다.정상세포에서의 산화적 스트레스는 세포노화를 유발할 수 있으며, 코엔자임 Q10은 세포의 산화적 스트레스에 대응할 수 있는 항산화 효과가 있다.Li 등 (19)은 코엔자임 Q10이 산화 스트레스를 줄이고 골수 중간엽 줄기세포의 사멸을 막을 수 있는지 평가하기 위해 척수 손상 모델을 구축했다.그 결과 CoQ1 0 처리는 세포자멸사 단백질인 bax와 caspase-3의 발현을 유의적으로 감소시키는 한편, 세포자멸사 억제 단백질인 bcl-2와 항산화 산물의 발현을 증가시켜 coenzyme Q10이 세포자멸 및 항산화 효과가 있고, 세포자멸사를 퇴치할 수 있으며, 따라서 골손실을 예방할 수 있음을 알 수 있었다.

장 등 (20)은 골수중간엽줄기세포를 대조군, 농도경사를 달리하는 D-galactose 처리군, 농도를 달리하는 CoQ10 처리군으로 나누어 코엔자임 Q10이 줄기세포 사멸에 미치는 영향을 평가하였다.그 결과 CoQ10은 D-galactose-treated 골수 중간엽 줄기세포에서 갈양성세포와 p53, p21, p16의 발현을 유의적으로 감소시켜 CoQ10이 ROS의 생성을 억제함으로써 골수 중간엽 줄기세포의 노화를 억제함을 알 수 있었다.

3.골다공증 치료에 코엔자임 Q10 적용

왕커신 등 [21]은 무작위로 40 마리의 수컷 생쥐를 정상 대조군, D-galactose 모델군, calcitriol 군, coenzyme Q10 군으로 나누어 12주간 지속적으로 투여하였다.실험 종료 후 생쥐의 대퇴부를 이용하여 micro-CT 및 골생체역학적 검사를 시행하였고, 비복근은 초음파투과전자현미경으로 검사하였다.

그 결과 정상 대조군에 비해 모델군에서 대퇴골의 최대하중과 강성계수가 유의하게 감소되었다;micro-CT 매개변수인 연결밀도 (Conn. D)와 골mineral destiny (BMD)는 유의하게 감소되었으며, trabecular separation (Tb.Sp) 가 유의하게 증가하였다.모델군과 비교하여 coenzyme Q10 군이 최대대퇴골부하, Conn. D., BMD, trabecular 두께 (Tb.Th), 반면 SMI (structure model index)와 Tb.Sp 가 유의하게 감소하였다.

식이지방 불포화도와 코엔자임 Q10 보충제를 뼈 건강에 대해 평가하는 연구 [22]에서 48 마리의 수컷 쥐를 무작위로 올리브유 군, 해바라기유 군, 올리브유 + 코엔자임 Q10 군, 해바라기유 + 코엔자임 Q10 군의 네 그룹으로 나누었다.rats&의 골밀도#39;대퇴골을 측정하였고, 그 결과 코엔자임 Q10이 골밀도 손실을 예방할 수 있음을 알 수 있었다.

코엔자임 Q10 [23]에 의한 호르몬 대퇴골두 괴사 예방에 대한 다른 실험에서는 쥐 20 마리를 대조군과 코엔자임 Q10 군으로 나누어 골괴사를 평가하였다.그 결과 coenzyme Q10 군의 혈중 glutathione (GSH)과 malondialdehyde (MDA) 함량 변화는 유의하지 않았고, 조직학적 변화 및 조기 골연골증 발생률이 대조군보다 낮았으며, coenzyme Q10은 뼈를 보호해 주는 효과가 있음을 알 수 있었다.이상의 결과를 통해 코엔자임 Q10이 뼈를 보호하는 효과가 있음을 확인함으로써 골다공증 치료에 과학적 근거를 제공한다.

4.코엔자임 Q10의 안전성

코엔자임 Q10은 현재 제약, 식품, 화장품 산업에서 널리 사용되고 있습니다.코엔자임 Q10에 대한 연구가 계속되면서 안전성도 조사 중이다.최근의 연구는코엔자임 Q10은 안전성이 높다, 내성이 좋고 부작용이 거의 없습니다.

동물 실험에서 홍옌 (Hong Yan) 등 [24]은 쥐 50 마리를 대상으로 에임즈 테스트를 실시했고, 그 결과 코엔자임 Q10은 유전자에 돌연변이 효과를 주지 않는 것으로 나타났다.우케친 등 [25]은 30일간 가배독성실험을 진행하였는데 그 결과 쥐들은 뚜렷한 비정상적인 활동이나 중독증상이 나타나지 않았다.

Honda 등 [26]은 코엔자임 Q10에 대한 아만성 독성학 연구를 시행하여 쥐에게 300, 600, 1,200 mg/kg을 13주 동안 매일 투여하였다.그 결과 어느 그룹도 사망이나 중독 증세를 보이지 않았다.임상 연구에서 McGarry 등 [27]은 피험자에게 하루에 2,400 mg의 CoQ10을 투여하는 무작위 이중 맹검 실험을 시행했다.그 결과 CoQ10은 피험자들이 잘 참았으며 심각한 부작용은 발생하지 않았다.진행성 초핵성 마비 [28]에 대한 임상 실험에서 61명의 참가자에게 CoQ10 (2400 mg/d) 또는 위약을 12개월 동안 투여하고 일상 생활 능력과 정신 상태를 평가하였다.그 결과 1, 2차 결과 측정에서 CoQ10 군과 위약군 사이에 유의한 차이가 없었으며 내성도도 매우 좋았다.

5.요약 및 전망

요약하면, 현재 골다공증 치료를 위한 코엔자임 Q10의 사용에 대한 동물실험 및 임상연구는 상대적으로 적은 실정이다.따라서 대규모 동물 실험과 임상 실험은 다음 단계를 위한 초점이다.코엔자임 Q10은 주로 골다공증의 예방 및 보조 치료에 역할을 하는데 더 많은 기초 및 임상 연구가 이루어지면 코엔자임 Q10은 골다공증의 예방 및 치료를 위한 신약이 될 수 있을 것으로 생각된다.

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