신경전달물질;도파민 – Neurotransmitter;Dopamine

도파민(dopamine), 노르에피네프린(norepinephrine), 에피네프린(epinephrine), 세로토닌(serotonin), 히스타민(histamine)은 모노아민(monoamine;한 개의 아미노기를 가진 아민 화합물)에 속하는 물질들입니다. 이런 물질들은 분자 구조가 비슷해서 어떤 약물은 이 모든 물질의 활동에 영향을 줄 수 있습니다. 위의 화학 물질 중 3개(도파민, 노르에피네프린, 에피네프린)는 카테콜아민(catecholamine)으로 따로 분류됩니다. 모노아민에 속하는 화학물질들은 뇌에서 몇 개의 신경 회로를 이룹니다. 이런 뉴런들은 뇌간(brain stem)에 세포체를 두고, 뇌의 곳곳으로 축삭을 내보내는 경우가 많습니다.

도파민 – Dopamine

첫 번째 카테콜아민(catecholamine)인 도파민(dopamine; DA)은 시냅스후 도파민 수용체의 종류에 따라 흥분성 신호가 될 수 도 있고, 억제성 신호가 될 수 도 있습니다. 도파민은 우리 몸에서 행동, 주의, 학습, 강화 효과(reinforcing effect) 등에 영향을 미칩니다.

먼저, 도파민은 아미노산의 일종인 티로신(tyrosine)이 여러 효소에 의해 변형되어 생성됩니다. Tyrosine hydroxylase라는 효소가 티로신에 -OH기를 붙여서 L-DOPA라는 물질로 만듭니다. 이렇게 생성된 L-DOPA에서 DOPA decarboxylase라는 효소의 작용으로 L-DOPA의 -COOH기가 떨어져 나가고 -H로 치환되는데, 이렇게 생성된 화학물질이 도파민(dopamine)입니다. 후에 노르에피네프린(norepinephrine)을 만들 때에는 도파민에 Dopamine β-hydroxylase 라는 효소의 작용으로 -H를 -OH로 만들어줍니다.

뇌에는 도파민을 쓰는 뉴런들이 이루는 시스템(dopaminergic system)이 몇 개 있습니다. 그 중 가장 중요한 3가지 시스템으로 꼽히는 흑질-선상계(nigrostriatal system), 중간변연계(mesolimbic system), 중간피질계(mesocortical) 모두 중뇌(midbrain)의 흑질(substantia nigra)이나 배쪽피개부(ventral tegmental area)에서  시작합니다.
먼저 흑질선상계를 이루는 뉴런들의 세포체는 흑질(substantia nigra)에 위치해 있고, 그 축삭들은 미상핵(caudate nucleus)과 조가비핵(putamen)에 이릅니다. 이들은 기저핵(basal ganglia)에서 중요한 부위로, 행동을 조절하는 데에 관여합니다.
중간변연계를 이루는 뉴런들의 세포체는 배쪽피개부(ventral tegmental area)에 위치해 있고 그 축삭들은 해마(hippocampus), 편도체(amygdala), 중격의지핵(nucleus accumbens)같은 변연계(limbic system)의 몇몇 부분으로 뻗어나갑니다. 중격의지핵은 특히 특정 자극에 대한 강화효과(reinforcing effect)에 관여하는데, 이는 약물 남용같은 일이 일어나게 합니다.
중간피질계를 이루는 뉴런들의 세포체 역시 배쪽피개부에 위치해 있습니다. 그리고 그 뉴런들의 축삭은 전전두엽(prefrontal cortex)로 뻗어나갑니다. 이런 뉴런들은 흥분성 뉴런으로서 전전두엽의 뉴런들을 흥분시키고, 단기 기억, 계획, 전략 등 정신 활동에 영향을 미칩니다.

도파민 시스템

흑질(substantia nigra)과 미상핵(caudate nucleus)을 연결하는 뉴런들에 문제가 생길 경우에 파킨슨병(Parkinson’s disease)이 생길 수 있습니다. 파킨슨병은 떨림, 사지마비, 불균형 등으로 인해 정상적인 행동이 불가능해지는 병입니다. 뇌의 흑질은 멜라닌(melanin)이라는 색소로 인해 검정색을 띠는 것인데, 이 화합물은 도파민을 분해해서 만듭니다. 파킨슨병에 걸린 사람은 그 부분이 창백한 색을 띱니다. 이 말은 그 부분에 도파민이 없었다는 것을 의미하기 때문에 파킨슨병에 걸린 사람은 L-DOPA를 투여받습니다. 도파민 자체는 혈뇌장벽(blood-brain barrier)을 통과하지 못하지만, L-DOPA는 혈뇌장벽을 통과할 수 있기 때문입니다. 이렇게 흑질 부분에 도파민 합성이 활발하게 일어날 수 있게 되면, 파킨슨병이 완화된다고 합니다.

AMPT(α-methyl-p-tyrosine)이란 약물은 tyrosine hydroxylase를 비활성화합니다. 도파민의 합성을 방해하는 이 약물은, 의료용으로는 쓰지 않고, 실험용으로 쓰입니다. reserpine이라는 약물은 시냅스 소포(synaptic vesicle)에서 모노아민 신경전달물질을 저장하는 것을 막습니다. 이런 경우 시냅스 소포에 신경전달물질이 없기 때문에, 신호가 시냅스 후 뉴런으로 전달되지 않습니다. 이 물질은 인도에서 약 3000년 전부터 약으로(진정 작용을 하는)쓰였다고 합니다.

도파민 수용체에는 여러 종류가 있는데, 모두 대사성(metabotropic)수용체입니다. 이 중에서 D1와 D2가 일반적입니다. D1수용체는 시냅스 후 뉴런에만 존재합니다. 반면, D2수용체는 시냅스 전 뉴런과 후 뉴런에 존재합니다. D1수용체에 자극이 가해지면 이차메신저(second messenger)인 cyclic AMP가 늘어나고, D2수용체가 자극을 받으면 cyclic AMP 가 줄어듭니다. D3수용체와 D4수용체에서도 D2수용체와 같은 일이 일어납니다. 수상돌기, 세포체, 축삭말단에서 발견되는 자가수용체(autoreceptor)는 과분극(hyperpolarization)을 일으켜 뉴런의 활동을 억제합니다. 축삭말단에 위치한 자가수용체들은 효소 tyrosine hydroxylase를 억제해서 도파민의 합성량을 줄입니다. 도파민 자가수용체는 D2수용체를 닮았는데, 약간 다른점이 있습니다. 예를 들어서, 아포모르핀(apomorphine)이란 약물은 D2수용체에 결합해서 도파민과 같은 효과를 보이는데(direct agonist), 시냅스 후 D2수용체보다 시냅스 전 D2수용체에 더 잘 결합합니다. 그래서 적은 양의 아포모르핀은 시냅스 전 D2수용체에 결합하여 도파민의 활동을 억제하는데, 많은 양의 아포모르핀은 시냅스 후  D2수용체에 결합하여 효과를 냅니다.

몇몇 약물들은 도파민의 재흡수를 방해함으로써 도파민의 효과를 강하게 해주기도 합니다. 그 중 잘 알려진 것들로 암페타민(amphetamine), 코카인(cocaine), 메틸페니데이트(methylphenidate)등이 있습니다. 암페타민은 흥미로운 작용을 하는데요, 도파민과 노르에피네프린의 분비를 촉진시키고, 그 물질들을 재흡수하는 reuptake transporter에 결합해 그 작용을 반대로 돌려 시냅스 틈에 더 많은 도파민과 노르에피네프린이 나오도록 합니다. 코카인과 메틸페니데이트는 그저 도파민 재흡수를 막기만 합니다. 코카인은 또한 전압개폐성 Na+채널을 막기 때문에, 눈 수술 등을 할 때 국소 마취제로 사용합니다. 메틸페니데이트는 리탈린(Ritalin)이라고도 하는데, 어린이들의 주의력 결핍 장애(attention deficit disorder)를 치료할 때 사용됩니다.

카테콜아민 계열 화합물은 모노아민 산화효소(monoamine oxidase;MAO)에 의해 그 합성량이 조절됩니다. 이 효소는 뉴런의 축삭 말단에 존재하는데 신경전달물질이 너무 많이 쌓였을 때 그것들을 파괴하는 역할을 합니다.

디프레닐(deprenyl)이라 불리는 약물은 특정한 형태의 모노아민 산화효소(MAO-B)를 파괴합니다. MAO-B는 도파민의 초과량을 파괴하는 효소로, 이 효소가 파괴되면 평소보다 많은 도파민이 분비될 수 있습니다. MAO는 혈액에도 존재하면서 초콜릿이나 치즈같은 음식에서 흡수된 아민들을 비활성화시킵니다. 그럼으로써 혈압이 상승하는 것을 억제합니다.

글이 많이 길어졌는데요, 마지막으로 도파민은 정신분열정(schizophrenia)에 관련이 있다고 보입니다. 클로르프로마진(chlorpromazine)이라는 약물은 D2수용체를 막아서 정신분열증의 증상을 어느 정도 완화시킵니다. 즉, 정신분열증이 도파민의 과한 활동에 의해 일어난다고 보는 것입니다.

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