비타민B3

비타민B3은 니코틴산(니아신)과 니코틴아마이드(니아신아마이드)라는 두 가지 주요 화학적 형태로 존재한다. 이 두 물질은 동일한 비타민 활성을 가지지만, 화학 구조와 생물학적 특성에서 차이를 보인다.

니코틴산과 니코틴아마이드의 기본 구조는 피리딘 고리를 공유한다. 니코틴산은 카르복실기(-COOH)를 가지는 반면, 니코틴아마이드는 카복사마이드기(-CONH₂)를 가진다. 이 구조적 차이는 체내 흡수와 대사, 그리고 생리적 효과에 영향을 미친다. 니코틴산은 혈관 확장 작용으로 인해 섭취 시 얼굴 홍조(플러싱)를 일으킬 수 있는 반면, 니코틴아마이드는 일반적으로 이러한 작용이 없다[3].

체내에서 이 두 형태는 상호 전환될 수 있다. 니코틴산은 니코틴산 포스포리보실전이효소에 의해 니코틴산 모노뉴클레오티드로 전환된 후, 최종적으로 니코틴아마이드 형태의 활성 조효소인 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오티드와 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오티드 인산이 된다. 이 조효소들은 에너지 대사의 핵심 반응에 참여한다. 따라서 식품이나 보충제를 통해 어느 한 형태로 섭취하더라도 체내에서 필요한 활성형으로 이용될 수 있다.

니코틴산과 니코틴아마이드는 체내에서 생물학적으로 활성 형태인 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)와 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP)으로 전환된다. 이 전환 과정은 주로 간에서 일어나며, 여러 효소 반응을 거친다.

니코틴산은 먼저 니코틴산 포스포리보실트랜스퍼라아제(NAPRT) 효소에 의해 니코틴산 모노뉴클레오타이드(NaMN)로 전환된다. 니코틴아마이드는 니코틴아마이드 포스포리보실트랜스퍼라아제(NAMPT) 효소에 의해 니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드(NMN)가 된다. 이후 두 경로 모두 공통적으로 니코틴아마이드/니코틴산 모노뉴클레오타이드 아데닐릴트랜스퍼라아제(NMNAT) 효소의 작용을 거쳐 각각 NAD로 합성된다. NAD는 다시 인산화 반응을 통해 NADP가 된다.

NAD와 NADP는 조효소로서 400가지 이상의 다양한 산화환원 반응에 필수적이다. NAD는 주로 에너지 생산을 위한 해당과정, 시트르산 회로, 산화적 인산화 과정에서 수소 이온과 전자의 전달체로 작용한다. NADP는 주로 지방산과 스테롤 합성 같은 동화 작용에서 환원제로 기능한다. 체내 NAD 수준은 연령 증가와 함께 감소하는 경향을 보이며, 이는 세포 에너지 대사와 관련된 기능 저하와 연관된다고 알려져 있다[4].

비타민B3은 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)와 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP)의 필수 구성 성분이다. 이들 조효소는 체내에서 탄수화물, 지방, 단백질의 대사 과정에 관여하는 수백 가지 산화환원 반응에 필수적이다. NAD는 주로 에너지 생산을 위한 분해 과정(이화작용)에서 전자 수용체로 작용하고, NADP는 주로 지방산 합성 같은 생합성 과정(동화작용)에서 전자 공여체 역할을 한다[6].

구체적으로, 포도당이 해당과정과 시트르산 회로를 거쳐 에너지([7])로 전환되는 과정에서 NAD+는 수소 이온과 전자를 받아 NADH로 환원된다. 생성된 NADH는 이후 전자 전달계로 이동하여 ATP 생산을 위한 연료로 사용된다. 지방산의 베타 산화 과정에서도 NAD+는 필수적인 조효소로 작용한다. 따라서 비타민B3가 부족하면 이러한 에너지 대사 경로가 효율적으로 작동하지 못해 피로와 무기력증이 나타날 수 있다.

NADPH는 또한 글루타티온 같은 항산화 물질의 재생에 관여하여 세포를 산화 스트레스로부터 보호하는 역할도 한다. 이처럼 비타민B3 유도체인 NAD와 NADP는 세포의 에너지 항상성 유지와 대사 조절의 핵심 매개체로서 기능한다.

비타민B3은 피부의 전반적인 건강과 물리적, 생물학적 장벽 기능 유지에 필수적인 영양소이다. 이 기능은 주로 니코틴아마이드 형태로 발휘되며, 피부 세포의 에너지 대사, 지질 합성, 그리고 염증 반응 조절에 관여한다.

피부 장벽 기능 측면에서 니코틴아마이드는 피부 최외층인 각질층의 주요 구성 성분인 세라마이드와 같은 지질의 합성을 촉진한다. 이는 피부 수분 손실을 방지하고 외부 자극물, 알레르겐, 병원체로부터 보호하는 건강한 피부 장벽을 구축하는 데 결정적 역할을 한다[8]. 또한, 피부 세포의 에너지 생산을 지원하여 각질 세포의 분화와 성숙 과정을 정상화하고, 피부 재생과 회복을 돕는다.

여러 피부 질환에 대한 치료적 효과도 보고된다. 여드름 치료에서는 피지 분비를 조절하고 염증을 완화시키는 데 도움이 될 수 있다. 아토피 피부염이나 주사와 같은 만성 염증성 피부 질환에서는 피부 장벽을 강화하고 홍조를 감소시키는 효과를 보인다. 특히, 니코틴아마이드는 자외선에 의한 피부 면역 기능 억제를 방지하고, 피부암의 일종인 비흑색종 피부암의 발생 위험을 낮추는 데 기여할 수 있다는 연구 결과가 있다[9].

니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)와 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP)의 전구체로서, 비타민 B3는 뇌를 포함한 신경 세포의 에너지 대사에 필수적이다. 신경 세포는 높은 에너지 요구량을 가지며, NAD는 시트르산 회로와 전자 전달계를 통한 아데노신 삼인산(ATP) 생산의 핵심 조효소로 작용한다. 따라서 충분한 비타민 B3 공급은 신경 세포의 정상적인 기능 유지에 기여한다.

이 비타민은 신경전달물질의 합성에도 관여한다. NAD는 트립토판으로부터 세로토닌이 합성되는 경로에서 필요한 조효소이다. 세로토닌은 기분, 수면, 식욕 조절에 중요한 역할을 하는 신경전달물질이다. 또한, 도파민과 노르에피네프린과 같은 카테콜아민 신경전달물질의 합성 과정에도 관여한다[10].

인지 기능과 관련하여, 비타민 B3는 뇌의 혈류와 신경 가소성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 니코틴산은 혈관을 확장시키는 작용으로 뇌 혈류를 개선할 수 있다. 또한, NAD+는 시르투인(Sirtuin) 단백질을 포함한 다양한 효소들의 기질로 작용하여, 신경 보호와 신경세포 간 연결(시냅스)의 가소성 유지에 기여한다. 이는 학습과 기억 형성에 중요한 과정이다.

연구에 따르면, 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환 환자의 뇌에서 NAD+ 수준이 감소해 있는 경우가 관찰된다. 동물 모델 연구에서는 NAD+ 전구체 보충이 미토콘드리아 기능을 개선하고 신경 퇴화를 늦추는 효과를 보이기도 했다. 그러나 이러한 효과를 인간에게서 입증하기 위해서는 더 많은 임상 연구가 필요하다.

펠라그라는 니아신의 심각한 결핍으로 발생하는 영양 결핍 질환이다. 주로 옥수수를 주식으로 하는 지역에서 흔히 발생했으며, 전형적으로 "3D 증상"으로 알려진 설사(Diarrhea), 피부염(Dermatitis), 치매(Dementia)를 특징으로 한다. 치료하지 않으면 네 번째 D인 사망(Death)으로 이어질 수 있다.

피부염은 햇빛에 노출된 부위에 대칭적으로 나타나는 붉은색 발진으로 시작하며, 시간이 지나면 피부가 거칠어지고 색소 침착이 일어난다. 설사는 위장관 점막의 염증과 위축으로 인해 발생하며, 흡수 장애와 영양 실조를 악화시킨다. 신경학적 증상으로는 두통, 무기력, 집중력 저하가 초기에 나타나고, 만성적으로 진행되면 기억력 상실, 우울증, 환각, 섬망 등의 치매 증상으로 발전한다.

펠라그라의 역사적 발생은 주식과 밀접한 관련이 있다. 18세기 초반 스페인에서 처음 기술된 이후, 20세기 초반 미국 남부에서 옥수수 중심의 식단을 가진 빈곤층 사이에서 유행했다[13]. 이후 조셉 골드버거의 연구를 통해 식이성 결핍병이라는 것이 확인되었고, 옥수수 가루에 니아신을 강화하는 공중보건 정책으로 서양에서는 거의 사라졌다.

현대에도 펠라그라는 알코올 중독자, 크론병이나 위장관 절제술을 받은 환자, 하티뉴프론병과 같은 트립토판 대사 이상 질환자[14]에게서 발생할 수 있다. 진단은 임상 증상과 식이력 평가, 그리고 니아신 또는 그 대사체인 N-메틸니코틴아마이드의 소변 배설량 측정을 통해 이루어진다. 치료는 고용량의 니코틴아마이드 보충과 균형 잡힌 식이 공급이다.

펠라그라와 같은 심각한 결핍증이 나타나기 전에, 장기간에 걸친 비타민B3의 불충분한 섭취는 여러 가지 비특이적인 증상을 유발할 수 있다. 이러한 경미한 결핍의 징후는 서서히 진행되며, 다른 영양 결핍이나 피로 증상과 혼동되기 쉽다.

초기 증상으로는 지속적인 피로감, 무기력, 집중력 저하, 두통, 식욕 부진 등이 흔히 관찰된다. 소화기관에도 영향을 미쳐 복통, 소화불량, 구역질과 같은 증상이 나타날 수 있다. 또한 피부가 거칠어지거나 약간의 염증이 생기는 등 피부 장벽 기능의 초기 이상 징후를 보이기도 한다.

정신 건강 측면에서는 불안감 증가, 우울한 기분, 과민성, 수면 장애 등이 보고된다. 이러한 증상들은 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)와 그 인산화 형태인 NADP의 부족으로 인해 세포 에너지 대사와 신경전달물질 합성에 장애가 생기기 때문으로 추정된다[15]. 경미한 결핍 상태가 지속되면 결국 전형적인 펠라그라 증상(피부염, 설사, 치매)으로 진행될 위험이 있다.

비타민B3의 일일 권장 섭취량은 연령, 성별, 생애 주기에 따라 차이를 보인다. 일반적으로 성인 남성의 경우 니아신 당량(NE)으로 16mg, 성인 여성의 경우 14mg이 권장된다[17]] 아미노산에서 전환될 수 있는 양을 모두 고려한 단위이다]. 임신부는 태아 발달을 위해 18mg, 수유부는 모유 생성을 위해 17mg으로 섭취량이 약간 증가한다.

아동과 청소년의 경우 성장과 발달에 따른 필요량이 단계적으로 조정된다. 권장량은 다음과 같다.

이 수치는 트립토판으로부터의 전환을 포함한 총 니아신 당량을 기준으로 하며, 건강한 개인이 결핍증을 예방하고 적절한 생리 기능을 유지하기 위한 최소 필요량을 반영한다. 그러나 개인의 대사율, 질병 상태, 약물 복용 여부, 알코올 섭취량 등에 따라 실제 필요량은 달라질 수 있다. 특히 알코올 중독자는 니코틴산과 니코틴아마이드의 흡수 및 대사에 장애가 생겨 결핍 위험이 높아진다.

비타민B3는 다양한 동물성 및 식물성 식품에 널리 분포한다. 주요 급원 식품으로는 고기, 생선, 가금류, 전곡류, 견과류, 콩류 등이 있다. 특히 간, 닭가슴살, 참치, 연어와 같은 동물성 식품에는 니코틴아마이드 형태가 풍부하게 함유되어 있다. 식물성 식품 중에서는 땅콩, 표고버섯, 현미, 보리, 강낭콩, 감자 등이 좋은 공급원이다. 일부 식품에는 결합된 형태의 나이아신이 존재하여 체내 이용률이 낮을 수 있으나, 옥수수와 같은 곡류는 알칼리 처리(예: 석회수 담가두기)를 통해 생체 이용률을 높일 수 있다.

다음 표는 대표적인 비타민B3 급원 식품과 그 함량을 보여준다.

*NE (나이아신 당량): 식품에 함유된 나이아신과 트립토판이 체내에서 전환될 수 있는 나이아신의 총량을 의미한다. 단백질 60mg에서 약 1mg의 나이아신이 생성될 수 있다[18].

균형 잡힌 식단을 통해 일반적으로 충분한 양을 섭취할 수 있다. 동물성 식품은 주로 활성형인 니코틴아마이드의 형태로 제공되는 반면, 식물성 식품은 니코틴산 형태가 더 일반적이다. 우유와 달걀은 트립토판 함량이 높아 간접적인 나이아신 공급원으로 작용한다.

니코틴산 형태의 고용량 비타민B3 보충은 혈중 지질 농도를 개선하는 효과로 인해 의학적으로 활용되어 왔다. 니코틴산은 저용량(약 20mg)에서는 비타민으로 작용하지만, 의학적 목적으로는 하루 1~3g에 달하는 고용량이 처방된다. 이는 저밀도 지단백 콜레스테롤(LDL, '나쁜' 콜레스테롤)과 중성지방(트리글리세라이드) 수치를 낮추고, 고밀도 지단백 콜레스테롤(HDL, '좋은' 콜레스테롤) 수치를 높이는 독특한 효과를 나타낸다[20]. 이 작용은 주로 간에서 지방 분해를 억제하고, HDL의 합성과 제거 속도에 영향을 미쳐 이루어진다.

니코틴산의 지질 개선 효과는 여러 임상 연구를 통해 확인되었다. 예를 들어, '코로나리 약물 프로젝트'와 같은 초기 연구에서는 니코틴산 단독 요법이 심혈관 사건 발생률을 감소시키는 것으로 나타났다. 그러나 이후 더 강력한 스타틴 계열 약물이 등장하면서, 니코틴산의 역할은 주로 스타틴 단독 요법으로 목표 수치에 도달하지 못하거나, 중성지방이 매우 높은 환자에서 보조 요법으로 변화했다.

고용량 니코틴산 요법은 일반적인 영양 보충과 구분되는 명백한 부작용을 동반한다. 가장 흔한 것은 혈관 확장으로 인한 홍조(flushing) 현상이다. 이는 복용 후 얼굴, 목, 가슴에 열감과 발적이 나타나는 것으로, 시간이 지나면 내성이 생기기도 한다. 기타 주의해야 할 부작용으로는 간 독성, 고요산혈증, 인슐린 저항성 악화 및 혈당 상승 등이 있다. 따라서 고용량 요법은 반드시 의사의 처방과 정기적인 혈액 검사 모니터링 하에 시행되어야 한다.

니코틴아마이드 형태의 비타민B3는 항염증 및 피부 장벽 강화 특성으로 인해 다양한 피부 질환의 치료 및 관리에 국소적 또는 경구적으로 적용된다. 주요 작용 기전은 피부 세포의 에너지 대사 촉진, 세라마이드 합성 증가를 통한 피부 장벽 기능 회복, 그리고 자외선에 의한 광노화와 DNA 손상으로부터의 보호 효과를 포함한다[21].

치료에 활용되는 대표적인 피부 질환은 다음과 같다.

고농도(4-5%)의 니코틴아마이드 국소제는 항생제나 레티노이드에 비해 자극이 적고 내성이 발생하지 않아 장기적인 여드름 관리 요법으로 주목받는다. 또한, 경구 복용 시 자외선에 의해 유발되는 기저세포암 및 편평세포암과 같은 비흑색종 피부암의 발생 위험을 낮추는 데 도움이 될 수 있다는 전향적 연구 결과가 있다[22].

치료 적용 시, 국소제는 일반적으로 피부 자극이나 가벼운 따가움을 유발할 수 있으나 대부분 내성이 생긴다. 고용량 경구 보충은 간 독성, 인슐린 저항성 증가, 소화 불량 등의 부작용 가능성이 있어 의사의 지도 하에 이루어져야 한다.

니코틴산 형태의 고용량 보충은 혈관 확장 반응인 플러싱(flushing)을 일으키는 경우가 많다. 이는 얼굴, 목, 가슴 부위의 발적, 따끔거림, 가려움증, 열감으로 나타난다. 이 반응은 일반적으로 일시적이며, 서서히 용량을 증가시키거나 식사와 함께 복용하거나, 플러싱을 완화하도록 설계된 서방형 제제를 사용함으로써 완화될 수 있다. 니코틴아마이드 형태는 플러싱을 유발하지 않는다.

고용량 장기 복용 시 나타날 수 있는 주요 부작용으로는 간독성이 있다. 특히 서방형 니코틴산 제제에서 더 흔히 보고되며, 정기적인 간 기능 검사가 권장된다[23]. 위장 장애(메스꺼움, 구토, 복통)와 고요산혈증 또는 통풍 악화, 인슐린 저항성 및 혈당 상승 가능성도 보고되었다.

특정 약물과의 상호작용에 주의해야 한다. 니코틴산은 HMG-CoA 환원효소 억제제(스타틴)와 병용 시 근육 손상 위험을 증가시킬 수 있다. 또한 혈당 강하제, 혈압 강하제, 알코올의 효과에 영향을 미칠 수 있다. 임신 및 수유 중 고용량 사용, 활동성 간질환이나 소화성 궤양 병력이 있는 경우 사용 전 의사와 상담이 필수적이다.

니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD+)는 세포 내 에너지 대사, DNA 수리, 유전자 발현 조절 등 핵심적인 생물학적 과정에 필수적인 조효소이다. 나이가 들면서 조직 내 NAD+ 수준이 감소하는 것은 여러 노화 관련 질환과 기능 저하와 연관되어 있다[26]. 이에 따라 NAD+ 농도를 높여 노화 과정을 늦추거나 건강 수명을 연장하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

NAD+ 수준을 높이는 주요 전략 중 하나는 그 전구체인 니코틴아마이드 리보사이드(NR)와 니코틴아마이드 모노뉴클레오타이드(NMN)를 보충하는 것이다. 이들은 체내에서 NAD+로 전환된다. 선행 연구들은 이러한 보충이 실험동물 모델에서 인슐린 감수성 향상, 근육 기능 개선, 심혈관 건강 증진, 심지어 수명 연장과 같은 긍정적인 효과를 보여주었다[27]. 그러나 이러한 동물 실험 결과가 인간에게 직접적으로 적용될 수 있는지는 추가 연구가 필요하다.

인간을 대상으로 한 임상 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 결과는 다양하다. 일부 연구에서는 NR 또는 NMN 보충이 건강한 노인이나 경계성 대사 장애가 있는 개인에서 근육 대사 개선, 혈관 기능 향상, 염증 지표 감소 등의 유망한 효과를 보고했다. 그러나 다른 연구들은 뚜렷한 임상적 이점을 확인하지 못했거나, 효과가 특정 집단에 국한된다는 점을 지적한다. 최적의 용량, 장기적 안전성, 그리고 다양한 인구 집단에 대한 효능을 규명하기 위한 대규모 장기 임상 시험이 현재 진행 중이다.

이 분야의 연구는 NAD+ 생물학의 복잡성과 노화 자체가 다인성 과정이라는 점 때문에 도전에 직면해 있다. 또한, 고가의 보충제 시장이 연구보다 앞서 성장하면서 과학적 근거 없이 과장된 주장이 확산될 가능성에 대한 우려도 제기된다. 따라서, NAD+ 보충이 노화 방지를 위한 유효한 전략으로 자리 잡기 위해서는 엄격하게 설계된 임상 연구를 통한 확실한 증거 축적이 필수적이다.

니코틴산의 고용량 투여가 저밀도 지질단백질(LDL, '나쁜' 콜레스테롤)을 낮추고 고밀도 지질단백질(HDL, '좋은' 콜레스테롤)을 높이는 효과는 수십 년간 잘 알려져 왔다. 이 지질 개선 효과를 바탕으로, 비타민B3 보충이 심근경색 및 뇌졸중과 같은 주요 심혈관 사건을 예방할 수 있을 것이라는 가설이 제기되었다.

그러나 최근의 대규모 임상 시험 결과는 이러한 예방 효과에 대해 강력한 의문을 제기한다. AIM-HIGH 시험(2011)과 HPS2-THRIVE 시험(2014)은 모두 기존 스타틴 치료를 받는 환자에게 고용량 니코틴산을 추가했을 때, 주요 심혈관 사건 발생률을 추가로 낮추지 못한다는 사실을 발견했다[28]. 오히려 HPS2-THRIVE 시험에서는 니코틴산 복용군에서 비감염성 간염, 당뇨병 발생 및 합병증, 다양한 위장관 및 피부 관련 부작용의 위험이 유의미하게 증가하는 것이 관찰되었다.

이러한 결과는 비타민B3의 심혈관 보호 효과가 주로 지질 프로필 개선에 기인한다는 전통적인 관점에 도전한다. 전문가들은 지질 수치의 유리한 변화가 반드시 임상적 이점(사망률 또는 발병률 감소)으로 이어지지 않을 수 있음을 지적한다. 또한, 고용량 요법의 잠재적 위험과 낮은 치료 효능을 고려할 때, 니코틴산은 더 이상 일선의 심혈관 질환 예방 약물로 널리 권장되지 않는다. 현재의 치료 지침은 위험 대비 이점의 균형을 강조하며, 스타틴과 같은 안전성이 더 잘 입증된 약물을 우선시한다.