셀레늄

셀레노단백질은 셀레늄이 셀레노시스테인의 형태로 단백질 사슬에 통합된 특수한 단백질이다. 이들은 효소로서 다양한 생리학적 과정에서 중요한 촉매 역할을 수행한다. 현재까지 약 25종의 셀레노단백질이 인간에서 확인되었으며, 그 중 가장 잘 알려진 것은 글루타티온 과산화효소와 아이오도티로닌 데아이오디네이스 계열의 효소들이다. 셀레노단백질의 합성은 유전자 수준에서 특별한 메커니즘을 통해 조절되며, UGA 코돈이 일반적인 종결 코돈이 아닌 셀레노시스테인의 삽입 신호로 해석된다는 점이 특징이다.

셀레노단백질의 주요 기능은 다음과 같이 분류할 수 있다.

이들 단백질은 세포의 산화환원 상태 유지, 염증 반응 조절, 면역 기능 지원, 그리고 DNA 합성과 수리에 이르기까지 광범위한 생명 현상에 관여한다. 예를 들어, 글루타티온 과산화효소 4(GPx4)는 페로프토시스(철의존성 세포사멸)를 억제하는 중요한 역할을 하여 세포막의 산화적 손상을 방지한다. 따라서 셀레노단백질의 정상적인 기능은 전반적인 건강과 질병 예방에 필수적이다.

셀레늄은 글루타티온 과산화효소의 필수 구성 성분으로 작용하여 강력한 항산화 방어 체계의 핵심을 이룬다. 이 효소는 세포 내에서 생성되는 유해한 과산화수소 및 지질 과산화물을 무해한 물과 알코올로 환원시켜 분해한다[3]. 이 작용은 세포막, 단백질, DNA를 산화적 손상으로부터 보호하여 세포의 건강과 기능을 유지하는 데 결정적 역할을 한다.

셀레늄이 관여하는 또 다른 중요한 항산화 효소로는 셀레노단백질 P와 티오레독신 환원효소가 있다. 셀레독신 단백질 P는 혈장 내 주요 셀레늄 운반체이자 항산화제 역할을 한다. 티오레독신 환원효소는 티오레독신이라는 단백질을 환원 상태로 유지하며, 이는 다양한 생합성 경로와 DNA 합성, 세포 증식 및 세포사멸 조절에 관여한다.

이러한 항산화 방어 체계의 효율성은 신체의 셀레늄 상태에 직접적으로 의존한다. 충분한 셀레늄 공급은 만성 염증, 노화, 동맥경화 및 일부 신경퇴행성 질환과 연관된 산화 스트레스를 완화하는 데 기여한다. 반면, 셀레늄 결핍은 항산화 능력의 저하를 초래하여 산화적 손상이 축적될 위험을 높인다.

갑상선은 신체의 대사 속도를 조절하는 핵심 기관이다. 이 기관이 정상적으로 기능하려면 요오드와 함께 셀레늄이 필수적으로 요구된다. 셀레늄은 갑상선 호르몬의 활성 형태인 트리요오도티로닌(T3)으로의 전환을 촉매하는 효소인 아이오도티로닌 데아이오디네이스의 필수 구성 성분으로 작용한다[4].

갑상선 조직 자체는 신체 내에서 단위 무게당 셀레늄 농도가 가장 높은 조직 중 하나이다. 여기서 셀레늄은 글루타티온 과산화효소 및 티오레독신 환원효소와 같은 중요한 셀레노단백질의 형태로 존재하여 갑상선을 산화 스트레스로부터 보호한다. 갑상선 호르몬 합성 과정에서는 과산화수소가 대량 생성되는데, 이는 갑상선 세포에 산화적 손상을 일으킬 수 있다. 셀레늄 함유 항산화 효소들은 이 과산화수소를 중화시켜 갑상선 조직의 건강을 유지하는 데 기여한다.

셀레늄 결핍은 갑상선 기능에 직접적인 영향을 미친다. 결핍 시 아이오도티로닌 데아이오디네이스 효소의 활성이 저하되어 T3 생성이 감소할 수 있다. 이는 대사 저하, 피로, 체중 증가 등의 증상을 동반할 수 있는 갑상선기능저하증과 유사한 상태를 초래할 수 있다. 또한, 충분한 셀레늄 보호 체계가 없으면 갑상선의 만성 자가면역 염증인 하시모토 갑상선염의 발생 위험이 증가하거나 진행이 악화될 수 있다는 연구 결과가 있다.

셀레늄의 권장 섭취량은 연령, 성별, 생애 주기에 따라 다르게 설정된다. 대부분의 국가와 국제 기관은 건강을 유지하기 위한 충분한 섭취 수준으로 권장식이섭취량(RDA)을 제시한다. 이 수치는 셀레노단백질의 최대 활성을 유지하는 데 필요한 양을 바탕으로 결정된다[6].

일반 성인의 경우 권장 섭취량은 하루 55 마이크로그램(㎍)이다. 임신 중인 여성은 태아 발달을 위해 동일한 55㎍을, 수유 중인 여성은 모유를 통한 공급을 위해 70㎍으로 섭취량이 약간 증가한다. 소아와 청소년의 경우 성장에 따라 필요량이 점진적으로 늘어난다. 주요 연령대별 권장량은 다음과 같다.

이 수치는 평균적인 필요량을 반영하며, 개인의 실제 필요는 토양의 셀레늄 함량, 식습관, 건강 상태에 따라 차이가 있을 수 있다. 또한 상한섭취량(UL)은 성인 기준 하루 400㎍으로 설정되어 있어, 이 수준을 장기간 초과할 경우 셀레늄 중독의 위험이 있다.

셀레늄은 토양의 함량에 따라 식물과 동물의 조직 내 농도가 크게 달라지는 미량 원소이다. 따라서 식품의 셀레늄 함량은 생산 지역에 따라 현저한 차이를 보인다. 일반적으로 동물성 식품이 식물성 식품보다 생체 이용률이 높은 셀레노메티오닌 형태의 셀레늄을 제공한다.

주요 식이원은 다음과 같다.

브라질너트는 가장 잘 알려진 셀레늄 공급원이지만, 한 알에 함유된 양이 일일 필요량의 수백 배에 달할 수 있어 과잉 섭취 위험이 있다. 안전하게 셀레늄을 섭취하기 위해서는 다양한 식품을 통해 균형 잡힌 식단을 구성하는 것이 바람직하다. 토양의 셀레늄 함량이 낮은 지역에서는 동물성 식품, 특히 바다에서 잡은 생선이 중요한 식이원이 된다.

셀레늄 결핍은 전 세계적으로 비교적 드물지만, 특정 조건이나 지역, 건강 상태를 가진 집단에서는 발생 위험이 높아진다. 주된 위험 요인은 셀레늄이 매우 부족한 토양에서 재배된 식품을 장기간 섭취하는 것이다. 이는 중국의 케산병 유행 지역, 시베리아 및 뉴질랜드의 일부 지역과 같이 토양 내 셀레늄 농도가 극도로 낮은 지역의 주민들에게서 두드러지게 나타난다[8].

특정 질환을 가진 사람들도 결핍 위험군에 속한다. 크론병이나 궤양성 대장염과 같은 만성 장염 환자는 셀레늄의 흡수 장애를 경험할 수 있다. 또한 심한 영양실조 상태이거나, 위장관 수술(예: 위우회술)을 받은 환자, 그리고 신장투석을 받는 말기 신부전 환자들도 충분한 셀늄을 얻거나 보유하기 어려울 수 있다.

이러한 고위험군에서는 혈중 글루타티온 과산화효소 활성도와 같은 지표를 통해 셀레늄 상태를 모니터링하는 것이 권장된다. 결핍 증상이 나타나기 전에 예방적 관리가 중요하다.

케산병은 중국 헤이룽장성 케산 현에서 처음 보고되어 그 이름이 붙은, 셀레늄 결핍으로 인한 심근병증이다. 이 질환은 주로 성장기 아동과 가임기 여성에게 발생하며, 심장 근육의 괴사와 섬유화를 특징으로 한다. 주요 증상으로는 심박수 증가, 심장 비대, 심부전, 그리고 심한 경우 심인성 쇼크와 돌연사를 포함한다. 발병 지역의 토양과 식수, 그리고 그 지역에서 생산된 농작물의 셀레늄 함량이 극도로 낮은 것이 주요 원인으로 지목된다[9].

카신-벡병은 골관절의 퇴행성 질환으로, 특히 관절 연골의 괴사와 이형성증을 유발한다. 이 병은 주로 골단이 닫히기 전의 성장기 청소년에게 영향을 미치며, 무릎, 발목, 팔꿈치 관절에 통증, 뻣뻣함, 변형 및 운동 장애를 일으킨다. 카신-벡병의 발병에는 셀레늄 결핍이 중요한 위험 인자로 작용하지만, 요오드 결핍과 특정 환원당을 함유한 곡물(예: 옥수수)의 과다 섭취 등 다른 환경적, 식이적 요인들이 복합적으로 관여하는 것으로 알려져 있다.

두 질환 모두 지리적으로 제한된 풍토병의 성격을 띠며, 다음과 같은 차이점이 존재한다.

이러한 질환들은 공중보건 차원에서 셀레늄 보충의 중요성을 보여주는 대표적인 사례이다. 중국 정부는 케산병 유행 지역에 나트륨 셀레나이트를 첨가한 소금을 보급하는 등의 대규모 예방 프로그램을 시행하여 발병률을 현저히 낮추었다.

셀레늄의 암 예방 효과에 대한 연구는 주로 그 강력한 항산화 특성과 DNA 손상 방지, 세포사멸 유도 및 면역 체계 조절 능력에 기반한다. 초기 연구는 셀레늄 혈중 농도가 낮은 지역에서 특정 암 발생률이 높은 역학적 관찰에서 시작되었다. 특히 1990년대 후반 발표된 대규모 임상시험인 Nutritional Prevention of Cancer Trial은 고위험군을 대상으로 하루 200 마이크로그램의 셀레노메티오닌을 보충한 결과, 전체 암 발생률과 전립선암, 폐암, 대장암 발생률이 유의미하게 감소했다고 보고하며 큰 관심을 끌었다[13].

그러나 후속 연구 결과는 일관되지 않아 논란을 빚고 있다. 2009년 발표된 대규모 연구인 SELECT trial은 건강한 남성을 대상으로 셀레늄 단독 또는 비타민 E와 함께 보충했을 때 전립선암 예방 효과를 확인하지 못했으며, 당뇨병 발생 위험이 약간 증가할 수 있다는 잠재적 위험도 제기했다[14]. 이는 셀레늄의 효과가 개인의 기저 혈중 셀레늄 수준에 크게 의존할 수 있음을 시사한다. 결핍 상태에서는 보충이 유익할 수 있지만, 이미 적정 수준을 가진 개인에게 과도한 보충은 오히려 해로울 수 있다는 'U-자형 곡선' 가설을 지지하는 결과이다.

현재의 과학적 합의는 셀레늄을 일반적인 암 예방 보충제로 광범위하게 권장하기보다는, 식품을 통한 적정 섭취의 중요성을 강조한다. 연구는 특정 유전자 다형성을 가진 개인이나 특정 환경 노출 위험군과 같은 표적 집단에서의 역할, 그리고 항암제와의 병용 요법에서의 가능성에 더 초점을 맞추고 있다.

셀레늄은 항산화 효소인 글루타티온 과산화효소의 필수 구성 성분으로 작용하여 심혈관계 건강 유지에 중요한 역할을 한다. 이 효소는 세포막의 지질 과산화를 방지하고, 산화 스트레스로 인한 혈관 내피 손상을 줄이는 데 기여한다. 혈관 내피 기능 장애는 동맥경화증의 초기 단계로 알려져 있으며, 셀레늄의 적절한 수준은 이러한 손상을 예방하는 데 도움을 줄 수 있다.

연구에 따르면 혈중 셀레늄 농도가 낮은 경우 허혈성 심장병 위험이 증가할 수 있다. 셀레늄 결핍은 C-반응성 단백질과 같은 염증 표지자의 수치를 높일 수 있으며, 이는 만성 염증과 심혈관 질환의 진행과 연관되어 있다. 또한, 셀레늄은 갑상선 호르몬 대사를 정상화하여 간접적으로 심장 박동수와 심근 수축력에 영향을 미친다.

그러나 셀레늄의 심혈관 보호 효과에 대한 임상 연구 결과는 일관되지 않다. 일부 관찰 연구에서는 적정 수준의 셀레늄 섭취가 심혈관 질환 위험 감소와 관련이 있다고 보고하지만, 대규모 무작위 대조 시험에서는 셀레늄 보충이 건강한 성인의 심혈관 사건을 명확히 예방하지는 못하는 것으로 나타났다. 따라서 과도한 보충보다는 식이를 통한 적정량 유지가 권장된다. 혈중 셀레늄 농도와 심혈관 질환 위험 간의 관계는 다음 표와 같이 요약할 수 있다.

결론적으로, 셀레늄은 심혈관 건강을 위한 필수 미량 원소이지만, 그 효과는 U자형 곡선을 보일 수 있다. 즉, 결핍과 과잉 모두 해로울 수 있으며, 균형 잡힌 섭취가 가장 중요하다.

셀레늄은 면역 체계의 정상적인 기능을 유지하고 조절하는 데 필수적인 역할을 한다. 특히 셀레노단백질의 구성 성분으로 작용하여 면역 반응의 여러 측면에 관여한다.

셀레늄은 선천 면역과 적응 면역 모두에 영향을 미친다. 충분한 셀레늄 수준은 대식세포, 호중구, 자연살해세포(NK 세포)와 같은 선천 면역 세포의 기능을 향상시켜 병원체에 대한 초기 방어 능력을 강화한다. 또한, T 림프구의 증식과 분화를 촉진하고, B 림프구에 의한 항체 생산을 지원하여 특이적 면역 반응을 돕는다. 셀레늄 결핍 상태에서는 이러한 면역 세포들의 활동이 저하되고, 바이러스의 병원성이 증가할 수 있다는 연구 결과가 있다[15].

셀레늄의 면역 조절 효과는 주로 강력한 항산화 효소인 글루타티온 과산화효소(GPx)와 티오레독신 환원효소(TrxR)의 활성을 통해 나타난다. 이 효소들은 면역 세포 내에서 생성되는 반응성 산소 종(ROS)을 제거하여 세포를 산화 스트레스로부터 보호한다. 적절한 수준의 ROS는 병원체를 제거하는 데 필요하지만, 과도한 ROS는 면역 세포 자체를 손상시키고 염증 반응을 악화시킬 수 있다. 따라서 셀레늄은 항산화 방어를 통해 면역 체계의 균형을 유지하는 데 기여한다. 특히 만성 염증성 질환이나 노화와 관련된 면역 기능 저하에서 셀레늄의 역할이 주목받고 있다.

셀레늄 보충제는 무기 형태와 유기 형태로 구분된다. 무기 형태에는 셀레나이트(sodium selenite)와 셀레네이트(sodium selenate)가 있으며, 유기 형태에는 셀레노메티오닌(selenomethionine)과 셀레노시스테인(selenocysteine)이 대표적이다. 이들은 화학 구조와 체내 흡수 및 대사 경로에서 차이를 보인다.

가장 흔히 사용되는 유기 형태인 셀레노메티오닌은 메티오닌이라는 필수 아미노산에 셀레늄이 결합한 구조이다. 이 형태는 체내에서 일반 메티오닌과 유사하게 대사되어 조직, 특히 근육에 비특이적으로 저장된다[18]. 반면, 셀레노시스테인은 셀레노단백질의 활성 중심에 직접적으로 통합되는 생물학적 활성 형태이다. 무기 셀레나이트와 셀레네이트는 체내에서 환원 또는 대사 과정을 거쳐 셀레노시스테인으로 전환되어 활용된다.

보충제 선택 시 고려사항은 다음과 같다.

일반 예방 목적의 보충에는 셀레노메티오닌이, 특정 연구나 임상 목적에는 무기 형태가 사용되기도 한다. 모든 형태의 보충제는 권장 일일 섭취량을 초과하지 않도록 주의해야 하며, 특히 기존 식이로 충분한 섭취가 이루어지는 지역에서는 불필요한 보충이 중독을 유발할 수 있다.

셀레늄 보충은 특정 질환의 예방 또는 관리에서 잠재적인 역할을 연구 대상으로 삼아왔다. 가장 활발히 연구된 분야는 갑상선 자가면역 질환이다. 하시모토 갑상선염과 같은 질환에서 셀레늄 보충은 갑상선 과산화효소 항체(TPOAb) 수치를 낮추고, 일부 환자에서 삶의 질을 개선할 수 있다는 연구 결과가 존재한다[19]. 이는 셀레늄이 갑상선 조직의 항산화 방어와 면역 조절에 관여하기 때문으로 여겨진다.

바이러스 감염과 관련하여, 특히 C형 간염 환자에서 셀레늄 상태가 질병 진행과 연관될 수 있다는 관찰이 있다. 또한, 인플루엔자를 포함한 특정 바이러스의 독성을 증가시킬 수 있는 돌연변이 발생률을 낮추는 데 셀레늄이 역할을 할 수 있다는 동물 실험 연구가 보고되었다. 그러나 이러한 감염성 질환에서의 보충 요법은 아직 표준 치료법으로 확립되지 않았다.

무정자증을 포함한 남성 불임의 일부 사례에서, 산화 스트레스가 원인으로 지목된다. 셀레늄은 정자 형성에 필요한 셀레노단백질의 구성 성분이며, 정자의 운동성과 구조 무결성에 중요하다. 따라서 셀레늄 결핍이 확인된 불임 남성의 경우, 보충이 정자 품질 개선에 도움을 줄 수 있다.

이러한 활용은 대부분 결핍 상태의 교정 또는 보조 요법의 범주에 속하며, 결핍이 없는 일반 인구에서의 예방적 고용량 보충은 권장되지 않는다. 모든 임상적 활용은 반드시 의료 전문가의 지도 하에 이루어져야 한다.