수용성 키토산의 면역부활작용

- 고분자 키토산의  경구투여에 의한 실험 -

필자 : 武藤 雅之(和歌山大學名譽敎授·理學博士)

다음에 게재한 그림은 게 껍질로부터 출발하여 키틴이나 키토산, 더 나아가 글루코사민에 이르기까지 수많은 응용 물질을 나타내고 있는 것이다. 실제의 공정에서는 화학적인 방법 보다도 효소에의한 처리가 우선되고 있는데, 실제로는 거치지 않는 과정도 포함되어있다.

키토산이나 글루코사민은 게 껍질을 원료로하여 만들어진 물질이다. 글루코사민이 몇 가지 連鎖狀으로 결합(10개 이하)된 것이 키토산올리고당이며, 이것이 많이 連鎖된 것이 키토산이다(실제로는 60%이상  탈아세틸화된 키틴을 키토산이라 부른다).

고분자와 저분자는 어떻게 다른가?

키틴이나 키토산은 전분이나 셀룰로오스와 함께 천연고분자라 불려지며, 그 분자량이 가장 큰 것은 50만 정도이다. 키틴이나 키토산에 대해서 쓰여진 것을 읽어보면, 가끔 「고분자 키토산」이라든지 「저분자 키토산」이라고 記述한 것이 있다. 이들은 대부분의 경우 고분자 키토산은 분자량이 최대의 치에 가까운 것을 나타내며, 저분자 키토산이라고 하는 것은 키토산 올리고당의 대명사라고 생각된다. 화학용어 중에는 고분자라고 하는 定義는 있지만, 저분자라고 하는 용어는 없다. 고분자 다음에 위치하는 저분자량의 중합체(또는 축합체)는 「올리고머」가 되므로, 게다가, 저분자 키토산에 대응하는 물질이 키토산 올리고당이라고 해도 별 차이는 없을 것 같다.

그러나,  키토산이라고 하는 고분자는 그 분자량이 50만 정도부터 3만 정도 까지의 폭 넓은 분포를 나타내는데 그치지 않고, 분자량의 大小에의해 생체에 주는 영향도 각각 달라진다. 그러므로, 분자량이 수만 정도인 키토산을 고분자량의 키토산이나 키토산 올리고당과 구별하여 「저분자 키토산」이라고 부르는지도 모르겠다.

하여간, 키토산에 대해서 기술하거나 키토산 제품에 내용을 표시할 경우, 언젠가는 「분자량 00∼000의 키토산」등으로 표기하게 되면 고분자나 저분자와 같은 표현 때문에 골치 아플 일은 없어질 것이다.

수용성 키토산이란 어떠한 키토산인가?

「녹는다」,「녹지  않는다」라고 하는 테마는 우리 실험실에서는 지극히 초보적이지만 중요하고도 영원한 테마라고 해도 과언이 아니다. 현재까지는 널리 그 가치가 인정되지 않은 키틴이나 키토산인데, 그 연구개발이 늦어진 것은 키틴에 대한  적당한  용매가 상당히 찾아보기 힘들었기 때문이라고 들었다.

그런데, 최근 자주 「수용성 키토산」이라고 하는 이름을 듣고 있는데, 이것은 어떠한 키토산을 가리키는 것일까?

매우 일반적으로 수용성 키토산이라고 하는 경우는 앞서 말했던 저분자 키토산과 같은 의미로, 키토산 올리고당의 별칭인  경우가 많은 것 같다. 또한, 키틴을 50% 균일 탈아세틸화하여 만든 키토산도 물에 잘 용해되므로, 진정한 의미에서의 수용성 키토산이라고 해도 좋겠지만, 이것은 전문가만이 알고있는 것이므로, 일반적으로는 그다지 추천할 만한 것은 아니다.

현재, 의식적으로 「수용성 키토산」이라고 하는 것은 이것들과는 별개의 것으로 정확하게 말하면 □수용성으로 가공한 키토산□이라고 해야 할 것이다. 그것은, 염기성 화합물인 키토산이 산 수용액에 녹는다는 것을 반대로 이용한 것으로, 키토산을 유기산으로 중화한 용액에서 물을 제거하여 얻은 키토산의 유기산염이라고 생각하면 좋을 것이다.

그러면, 왜 수용성으로 가공할 필요가 있는 것일까? 그 해답은 매우 단순하다. 조금은 비유적인 표현을 하자면, 「동일한 쌀을 먹게 되어도 생것 자체로 씹어 먹는 것과 죽을 쑤어서 먹는 것과 어느 쪽이 흡수가 좋을까?」라고 말할 수 있는 것이다.

이하에서는, 이 수용성 키토산을 사용한 실험결과를 나타냄과 함께 키토산이 갖고 있는 여러 가지 생리활성 작용을 관찰하여 보고자 했다.

식물의 자기방어력을 활성화한다

예전엔 대량 폐기물로써 버려져 왔던 게 껍질도 이제는 키틴이나 키토산으로 면모를 바꾸어 토양 개량제로서, 또는 연작장해 방지제로서 농작물의 생육에 있어서 없어서는 않되게 되었다. 우선은 키틴이나 키토산과 식물과의 관계를 관찰해 보자.

식물은 병원균에 노출되면 병원균의 발육을 저해하기 위한 파이트알렉신이라는 항균성물질이 유도되어 키틴이나 키토산을 그 구성성분으로 하는 병원균의 세포벽을 분해하기 위해 키티나제나 키토사나제라고 하는 효소가  활성화되어 병원균에 대한 자기방어의 기능이 높아진다. 그리고, 불가사의하게 식물은 키틴이나 키토산에 노출되어도 병원균에 노출 되었을 때와 동일하게 자기 방어체제를 가동하게 되는 것이다. 이러한 것은 식물이 키틴이나 키토산을 병원균으로 착각하여 자구책을 강구하는 것이 아닌가 생각된다. 그래서, 식물은 키틴이나 키토산을 공급받게 되면 자극을 받아 매우 건강하게 자라나게 되는 것이다.

이 경우, 토양 세균에 의한 생분해성이 나쁜 키틴을 주었을 때 보다도, 생분해성이 높은 키토산을 사용한 경우가 보다 좋으며, 동일한  키토산일지라도 플레이크나 분말 상태로 뿌리는 것보다 수용액 상태로 주는 것이 토양과의 친화성이 좋을 뿐만 아니라 엽면 살포도 가능하다는 점에서 더욱 효과가 높아진다.

장내에 들어가 유산균을 증식한다

우리들이 키토산을 먹었을 경우, 키토산은 신체 내에서 어떠한 역할을 나타내는 것일까? 식도를 통과한 키토산이 수용성일 경우 그것은 위에 부담을 주지 않고 장에 도달하여 소장의 하부에서 균취 개선작용을 하여 정장작용을 발휘하기 시작한다.

먼저, 키티나제를 분비하는 기능을 가진 장내 세균이 키토산의 자극을 받아 증식하고, 많은 키티나제가 분비되게 된다. 키티나제의 역할에 의해 키토산은 더욱 저분자량의 물질로 분해되어, 이것이 유산균의 증식을 촉진하게 된다.

자주 「유산균은 키토산을 먹어 증식한다」라고 하기도 하지만, 대장균 등의 부패균이 산성의 환경에 약하다는 것을 생각하면 이것은 오히려 유산균이 키토산을 부패균으로 착각하여 이들 유해균의 증식을 억제하기 위해 장내의 pH를 내리거나 하여 仲間을 증식하는 것이 아닐까? 즉, 키토산에 자극을 받아서 증식하는 것이 아닌가 생각된다. 어쨌든, 키토산을 공급받아 증식된 유산균은 점점 유산을 생산하여 장내의 pH를 내려, 부패균이 살기에 좋지 않은 환경을 만들어 낸다.

유산균이 우리들에게 주는 은혜는 이것만이 아니다. 유산균은 인간에게 있어서 필요불가결한 요소이면서 자기 자신의 체내에서는 합성되지 않는 비타민 B군을 합성 해 낸다. 비타민 B1에는 항신경염 작용이 있으며 B6는 항피로염 인자로써, 또한 B12는 항빈혈 인자로써 작용한다는 것은 잘 알려져 있다.

면역의 역할과 면역력의 부활화

이제까지 면역이라고 하면, 固體가있는 감염증에 한번 감염되면 2차로 동일한 증상에는 걸리지 않는다는 것 즉, 어느 특정한 함염증에 대해서 획득된 □저항성□을 의미하는 것이었는데, 현재는, 생체가 「自己」와 「非自己」를 식별하여 비자기를 물리치기 위해 행하는 반응을 모두 통틀어서 「면역」이라고 하게 되었다.

비자기에 대한 감시망으로서 전신에 분포되어있는 것이 「면역계」라고 하는 기구이다. 그 주역이 「單球」라고 불리는 대형 백혈구로서, 항상 혈액 중을 돌아다니며 패트롤하고 있는 것인데, 이것이 조직 내에 들어가면 활성화되어 그 이름도 「마크로파지」로  바뀐다. 마크로파지는 「식세포」라든지 「大食細胞(貧食細胞)」등으로 불리며 그 이름처럼 이물질로 보이면 곧바로 먹어 삼켜, 라이소자임으로 녹여 버린다.

이처럼 언뜻 보기에 대식가 처럼 보이는 마크로파지이지만 사실은 素晴과 같은 능력을 갖고 있다. 마크로파지는 일단 집어삼킨 것이 자신의 처리할 수 없는 물질이라는 것을 감지하면 그 □먹다 남긴□것에 눈 도장을 붙여 세포막으로부터 돌출 시킨다. 그리고, 이 먹다 남긴 것과 동일한 성분을 갖고있는 이물질은 「킬러 T세포」라 불려지는 □청부살인업자 임파구□에 정보를 주어 조각들로부터 공격받아 남은 것들을 소멸시키게 된다.

면역작용의 다른 한가지의 주역은 「NK 세포」라 불려지는 물질이다. NK라고 하는 호칭은 □네츄럴 킬러(생체의 청부살인업자)□라고 하는 이름의 이니셜에서 따온 것인데, 마크로파지가 이물질이라고 생각되면 무엇이든지 먹어치워 버리는 것에 비해, 이 살인청부업자는 주로 종양세포만을 공격한다.

이 외에도, 비자기(항원)에 대한 특이성을 나타내어 이것을 공격하기 위한 무기(항체)를 驅使하는 「B세포」라고 하는 임파구가 있다. B세포가 분화된 것은 「항체생산세포」라고 하며 이물질에 대한 무기(항체)의 제조에 관여하여 지목된 상대의 공격에 전념한다.

이와 같이, 「면역력이 부활화한다」고 하는 것은 마크로파지나  NK세포 또는 항체생산세포를 증가하는 것과 촉진하는 것이 가능하다.

면역계에 작용하는 분자량의 크기는?

그런데, 이제까지 「키토산을 투여함으로써 면역력이 부활화 되었다」라고 하는 몇 가지 연구논문이 발표되었는데 그들 중의 연구에서는, 키토산의 투여는 정맥 또는 복강에의 주사라고 하는 방법에 의해 행해졌다. 경구로 투여한 보고의 예는 내가 알기로는 전혀 없다.

산·알칼리 처리     산 처리                  산처리

게 껍질  →→   키  틴   →→→    키틴올리고당  →→   N-아세틸글루코사민

↓  알칼리 처리                              알칼리 처리

↓  (탈아세틸화)                         ↓  (탈아세틸화)

키토산   →→→    키토산올리고당  →→  글루코사민

산 처리                  산 처리

게 껍질로부터 키틴·키토산을 경유하여 글루코사민이 되기까지의 공정(개략)

전술과 같이 입으로 들어간 키토산은 장 내에서 키티나제에 의해 절단되어 더욱 저분자량의 것으로 되어 장벽으로부터 충분히 흡수되는 것이라 생각된다. 그래서, 어느 정도 까지 짧아진 키토산은 체액 중에서 라이소자임이라고 하는 효소(대장균과 같이, 세포벽에 키토산을 갖고 있는 균을 녹이는 효소)에 의해 짧게 절단된다. 즉, 체액 중에 존재하는 키토산은 그 대부분이 올리고당이 되어 있지 않을까 생각된다. 그렇다면, 만약 키토산을 올리고당의 형태로 경구투여해도 체액 중의 키토산의 대부분은 분자량이 극히 짧은 올리고당으로 분해되는 것은 아닌가도 생각된다.

면역력의 활성화에 영향을 미치는 키토산올리고당은 글루코사민 당쇄가 어느 정도 길다랄 필요가 있을 것 같다. 그러므로, 차츰 짧게 절단된 올리고당으로는 면역력의 부활화에 공헌할수 없게 되지 않을까 생각된다.

이와 같이 전제에 의거하여 분자량이 어느 정도 크고 또한, 신속하게 장에 도달할 수 있는 「수용성 키토산」을 이용하면, 체액 중에는 좀더 길다란 키토산올리고당이 존재하게 되에 항종양성 효과가 기대될 수 있지 않을까 생각되어 그 실험을 하게되었다.

실험에 사용한 수용성 키토산은 (주)아피오크럽 製造의 「아피오50」으로써, 一粒 중에 키토산을 50% 함유한다. 실험에는 중국 예방의학원·영양연구소와 중국위생부 식품위생감독 시험소에 의뢰하였다.

경구에서도 확인된 면역 부활성

표 1은 수용성 키토산을 경구투여함으로써 종양세포의 중량에 어떠한 변화가 나타나는지를 관찰한 것이다. 마우스에 수용성 키토산(아피오50)을 10일간 경구투여하고 나서 우측 옆구리 아래쪽에 종양세포를 접종하고 접종 후 12일간 키토산을 투여하고 종양 중량 변화를 측정한 데이터이다.

표 1  수용성 키토산 경구 투여에 의한 마우스의 종양 중량에 미치는 영향

검체 수(마리)	투여량(g/□)	종양 중량(g)	P 値
15 15 15 15	0 0.125 0.375 1.125	3.4246±0.8787 2.0944±1.1710 2.1263±0.8040 1.8346±1.0772	＠0.01 ＠0.01 ＠0.01

표 2  수용성 키토산의 경구 투여에 의한 마우스의 식작용 지수에 미치는 영향

검체 수(마리)	투여량(g/□)	종양 중량(g)	P 値
13 13 13 13	0 0.0167 0.167 0.5	5.57±0.45 5.89±0.63 6.20±0.55 5.49±0.58	Ｂ0.05 ＠0.01 Ｂ0.05

키토산의 1일 투여량이 0.125g∼0.375g/□(사람 환산량:30∼90粒)의 경우는 이식 종양 중량은 약 50%로 감소하였고 수용성 키토산을 섭취함으로써 항종양성이 발휘되었다는 것이 나타났다.

표 2는 키토산 섭취에 의한 식세포 기능에의 영향에 대한 시험결과이다. 식세포는 이물질이라면 무엇이든지 먹어치운다고 서술하였는데, 이 실험에서는 墨까지 먹었다. 마우스에 50일간 수용성 키토산을 경구투여한 후 묽은 墨汁을 꼬리정맥에 주사하고 그 혈액을 이용하여 시험하는 방법이다. 키토산의 1일 투여량이 0.0167g/□(사람 환산량:4粒)과 0.5g/□(사람 환산량:120粒)의 경우는 키토산을 투여하지 않은 群과 투여한 群과의 사이에, 식세포의 작용에 대하여 유의차는 인지되지는 않았지만 투여량 0.167g/□(사람 환산량:40粒)에 있어서는 兩群 사이의 수치 사이에는 통계적으로 명확한 相違가 보여졌다. 이것으로 마크로파지는 키토산에의해 자극을 받아 증식한다는 것을 알 수 있었다. 도한, 마크로파지는 유산균도 먹어치우므로 마크로파지는 키토산을 먹어서 증가하고, 더 나아가 키토산에 의해 증식된 유산균을 먹어버리게 되는 것이다.

표 3  수용성 키토산의 경구 투여에 의한 마우스 항체 생산 세포 수에 미치는 영향

검체 수(마리)	투여량(g/□)	용혈 수(×103)	P 値
11 13 12 11	0 0.125 0.375 1.125	154.6±65.0 160.5±55.2 240.9±80.1 215.3±89.3	＠0.01 ＠0.05

표 4  수용성 키토산의 경구 투여에 의한 비장 NK 활성에 미치는 영향

검체 수(마리)	투여량(g/□)	NK 활성(%)	P 値
10 10 10 10	0 0.125 0.375 1.125	47.3±8.2 54.7±4.2 54.0±8.1 54.7±5.5	Ｂ0.05 Ｂ0.05 Ｂ0.05

표 3은, 수용성 키토산의 섭취에 의해 항체생성세포의 수가 어떻게 변화하는지를 나타낸 것이다. 이 실험은 30일간 수용성 키토산을 경구 투여하면서 사육한 마우스를 이용하여 행하였다. 그 방법은, 마우스 복강 내에 羊의 적혈구를 주사하여 면역 감작한 후에, 그 脾臟세포 중에 어느 정도의 항체생산세포가 함유되어 있는지를 조사하는 것이다(이에르네의 변법). 이 경우, 용혈수가 그대로 비장 전체에 있어서 항체생산세포수로 된다.

키토산의 1일 투여량이 0.167g/□과 0.5g/□(사람 환산량:40 및 120粒)인 경우는, 키토산  투여군의 수치는 비투여군의 약 1.5배가 되었다. 항체생산세포도 수용성 키토산에 의해 자극받아 그 수가 증가된다는 것이 밝혀졌다.

흥미 깊은 것은, 표 2 및 표 3의 데이터를 보면 알 수 있듯이, 키토산의 투여량이 적으면 항종양성이 약하다는 것은 당연하지만 너무 많아도 기대하는 정도의 효과는 없다는 것을 추측할 수 있다는 것이다.

표 4는, 수용성 키토산의 섭취에 의해 마우스 비장의 NK활성에 미치는 영향을 조사한 결과이다. 마우스에 수용성 키토산을 경구투여하기 시작한지 30일 후에 NK활성을 측정하였다(乳酸脫水素法).

1일 투여량이 0.125g/□∼1.125g/□(사람 환산량:30∼270粒)의 범위에 있어서 NK활성은 약 1.2배 증가되었지만 이것은 통계적으로는 유의한 변화라고는 할 수 없을 것 같다. 즉, 키토산은 식세포와는 별개의 계통인 NK세포에 대해서는 그다지 자극을 주지 않는 것으로 생각된다.

이상의 실험결과로부터, 수용성 키토산을 경구로 체내에 들어갈 경우에도, 면역계의 주역 마크로파지를 활성화하고 항체생산세포를 증식시켜 면역력을 부활화 시키면서 종양세포 그 자체를 감소시킨다는 것을 알 수 있었다.

글루코사민은 관절의 충진제?

앞의 그림에 나타내었듯이 키틴이나 키토산을 화학적으로 처리하면 최종적으로는 N-아세틸글루코사민이나 글루코사민이라고 하는 단분자의 물질이 된다. 그러면, 이들 물질은 우리들의 체내에서 어떠한 작용을 하는 것일까?

갑각류로부터 척추동물까지의 진화의 과정에서, 게 등 갑각류의 중간은 자신의 몸을 지지하는 껍질을 벗겨낼 때 그 껍질의 구성성분이었던 N-아세틸글루코사민을 체내의 중요한 부분으로 뿌려 놓는 것이 아닌가 하는 설이 있다. 이것의 眞僞야 어쨌든지, 사실, N-아세틸글루코사민은 당단백질 당쇄의 중간에 들어가, 수액, 효소, 호르몬 등의 분비액으로부터 점막과 혈구 또는 면역계를 포함한 세포막에와 전신에 아로새겨져 있다.

당쇄는 센서와 같은 물질로서, 예를 들어 세포막중의 당단백질의 당쇄는 나트륨이온과 칼륨이온을 분간하기도 하며 영양분을 세포내로 취입하기도 한다. 또한, 적혈구는 당쇄에 의해서 A형, B형 등의 혈액형이 결정된다. 더욱이, 면역 글로블린의 당쇄는 상대가 공격의 대상인지의 여부를 식별하기도 한다.

N-아세틸글루코사민은 주로 그 당쇄의 분기점에 위치하며, 생명활성 그것을 지배하는 물질이라고 해도 과언이 아니다.

그리고, N-아세틸글루코사민을 탈아세틸화한 구조를 갖고 있는 것이 글루코사민이다. 글루코사민도 또한 우리들의 몸에는 없어서는 안될 물질이다.

히알루론산, 콘드로이친황산, 또는 헤파린 등의 하나와 글루코사민이 서로 결합한 것을 「무코 다당」이라고 하는데, 무코 다당이 더욱 단백질과 결합되면 「프로테오글리칸」이라고 하는 물질이 된다.

프로테오글리칸은 콜라겐과 함께, 관절 내에서 관절세포를 지탱하는 큰 역할을 맡고있는 존재이다. 여기에서 사용되고 있는 글루코사민은 신체 내에서는 글루코오스(포도당)로부터 합성되는데, 연령을 높아지면 체내에 있어서 글루코사민의 합성량이 그 소비량에 미치지 못하여 뼈들이 직접 붙게되어 관절염이라고 하는 증상이 나타나게 된다.

이것의 대처 요법으로써 글루코사민의 섭취 보충이 있다. 歐米의 병원에서는 3년 전쯤부터 변형성관절염의 경구치료약으로써 글루코사민이 이용되어왔다. 그 보고에 의하면, 1일에 1.5g의 글루코사민을 약 2개월 투여하면 많은 관절염이 치유된다고 한다. 글루코사민은 관절의 그리스 성분과 같은 물질이므로 그리스가 부족하면 관절이 삐걱거리면 추가로 충진을 해 줄 필요가 있는 것이다.

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옛 서적에 의하면, 한방에서는 오염된 피를 정화하는 물질로서 황금바퀴(암컷)나 쯔쿠모□의 干物(방어물질)이 이용된다고 하는데, 이들 물질에는 키틴질이 풍부하게 함유되어 있다는 것은 이미 잘 알고있는 사실이다.

우리 나라(일본)에서도 伊勢새우의 껍질을 이용해서, 아이들이 蕁麻疹(담마진:두드러기)에 걸렸을 때 그것을 갈아서 으깨어 마시게 했다고 하는 말이 전해져 오며 아이들이 오르막이나 산에 오를 때 怪我를 하면 사와 게를 갈아 으깨서 붙이면 곧바로 괜찮아 진다고 배운 일도 생각이 난다.

키토산은 영양제도 또한 약품도 아니다. 그러나, 식물에 흡수되어 인간을 포함한 동물의 입을 통해서 체내에 들어가면 사슬의 길이가 점점 짧아져 그 생명체의 자극제가 되어 자연 치유력을 높이고, 저항력을 부활화 시켜준다. 더 나아가서, 키토산으로부터 얻어지는 글루코사민이 직접 관절의 충진제가 되어 뼈의 삐걱거림을 완화시켜 준다는 것은 실로 흥미 깊다고 할 수 있겠다.

武藤 雅之(무또우  마사유끼)

대정 15년 7월 생. 사가현 출생. 態本大學理學部 화학과 졸업 후, 동 전공생 종료. 재단법인 化學及血淸療法硏究所, 態本大學부설 체질의학연구소, 동대의학부부속 위생검사지사학교 강사를 거쳐, 소화 42년, 화가산대학 교육학부 조교수, 소화 47년, 동학부 교수에 취임. 소화 56년, 외지 연구원으로서 덴마크 공과대학에 在籍. 현재, 화가산 대학 명예교수. 이학박사.