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바이오틴

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목차

1. 개요

바이오틴은 테트라히드로티오펜 고리에 우레아기가 융합된 황 함유 화합물로, 카복실화 반응의 이산화 탄소 운반체 역할을 한다. 바이오틴은 카복실화 효소의 조효소로 작용하며, 아미노산과 지방산의 이화 작용, 지방산 합성, 포도당 신생에 관여한다. 식물, 일부 미생물, 곰팡이에 의해 생합성되며, 알라닌과 피멜로일-CoA를 전구체로 생합성된다. 바이오틴은 카복실화 효소의 보조 효소로 작용하며, 핵 염색질 내 히스톤 단백질의 바이오틴화는 염색질 안정성과 유전자 발현에 영향을 미친다.

일반적인 식생활에서는 결핍증이 드물지만, 유전적 질환이나 생 달걀 흰자의 과다 섭취 등으로 인해 발생할 수 있다. 바이오틴은 다발성 경화증, 피부, 모발, 손톱 건강, 당뇨병 등에 대한 연구가 진행 중이며, 동물 건강 및 생명공학 분야에서도 활용된다. 1916년 날달걀 흰자의 독성 연구를 시작으로, 1936년 난황에서 분리되었으며, '비타민 H', '조효소 R'로도 불렸다.

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바이오틴 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
바이오틴의 골격 구조
바이오틴의 골격 구조
바이오틴 분자의 공-막대 모델
바이오틴 분자의 공-막대 모델
다른 이름비타민 B7
비타민 H
보조 효소 R
비오페이더름
IUPHAR 리간드4787
DrugBankDB00121
ChEBI15956
UNII6SO6U10H04
KEGGD00029
ChEMBL857
PubChem CID171548
ChemSpider ID149962
CAS 등록번호58-85-5
물리화학적 성질
분자식C10H16N2O3S
외형흰색 결정성 바늘
용해도22 mg/100 mL
녹는점232 ~ 233°C
약리학
ATC 코드A11HA05
위험성
NFPA 704건강: 1
화재: 1
반응성: 0
명명법
IUPAC 명칭5-[(3aS,4S,6aR)-2-옥소헥사히드로-1H-티에노[3,4-d]이미다졸-4-일]펜탄산
SMILESO=C1N[C@@H]2[C@@H](SC[C@@H]2N1)CCCCC(=O)O
InChI1/C10H16N2O3S/c13-8(14)4-2-1-3-7-9-6(5-16-7)11-10(15)12-9/h6-7,9H,1-5H2,(H,13,14)(H2,11,12,15)/t6-,7-,9-/m0/s1
InChIKeyYBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHBB

2. 화학적 특성

비오틴은 헤테로고리 화합물로, 테트라히드로티오펜 고리에 우레아기가 융합된 황 함유 화합물이다. C5-카르복실산 측쇄가 고리에 부착되어 있다. −N−CO−N− 기를 포함하는 우레아 고리는 카르복실화 반응에서 이산화 탄소 운반체 역할을 한다.[6]

비오틴은 빛, 산 및 알칼리에는 안정적이지만 열에는 불안정하다.[64] 수용성이므로 유기 용매에는 녹지 않는다.[64] 식품 가공으로 인해 일부 손실된다.[64]

3. 생합성

비오틴은 일부 미생물[65]과 곰팡이, 식물만이 생합성할 수 있다.[66] 식물에서 합성되는 비오틴은 식물의 성장과 발달에 필수적이다.[22] 박테리아(세균) 역시 비오틴을 합성하며,[23] 대장에 서식하는 박테리아가 합성하는 비오틴은 숙주 생물이 흡수하여 이용할 수 있다고 여겨진다.[18]

생합성은 알라닌과 피멜로일-CoA 두 가지 전구체로부터 시작된다. 이들은 7-케토-8-아미노펠라르곤산(KAPA)을 형성한다. KAPA는 식물 퍼옥시좀에서 미토콘드리아로 수송되어 효소 BioA의 도움을 받아 7,8-디아미노펠라르곤산(DAPA)으로 전환된다. 효소 데티오바이오틴 합성효소는 ATP로 활성화된 DAPA 카바메이트를 통해 우레이도 고리 형성을 촉매하여 효소 BioD의 도움을 받아 데티오바이오틴을 생성하며, 이어서 BioB에 의해 바이오틴으로 전환된다.[24] 마지막 단계는 바이오틴 생성 효소 (라디칼 SAM 효소)에 의해 촉매된다. 황은 특이한 [2Fe-2S] 페레독신에 의해 제공된다.[25] 박테리아 종에 따라, 바이오틴은 여러 경로를 통해 합성될 수 있다.[24]

4. 생체 내 역할

비오틴은 카르복실화 효소의 조효소로 작용하며, 아미노산과 지방산의 이화 작용, 지방산 합성, 포도당 신생에 관여한다.[2][3] 핵 크로마틴 내 히스톤 단백질의 비오티닐화는 크로마틴 안정성과 유전자 발현에 중요한 역할을 한다.[3][7]

홀로카복실레이스 합성효소는 바이오틴을 다음 5가지 인간 카복실레이스 효소에 공유 결합시킨다.[3]


  • 아세틸-CoA 카복실레이스 알파 (ACC1)
  • 아세틸-CoA 카복실레이스 베타 (ACC2)
  • 피루브산 카복실레이스 (PC)
  • 메틸크로토닐-CoA 카복실레이스 (MCC)
  • 프로피오닐-CoA 카복실레이스 (PCC)


처음 두 효소에서 바이오틴은 보조 인자로서 중탄산염을 아세틸-CoA로 전달하여 지방산 합성을 위한 말로닐-CoA로 전환하는 역할을 한다. PC는 포도당 신생에 참여한다. MCC는 류신 대사 과정의 단계를 촉매한다. PCC는 프로피오닐-CoA 대사 과정의 단계를 촉매한다.[1][2][3] 바이오틴화된 카복실레이스의 대사적 분해는 바이오시틴 형성을 초래한다. 이 화합물은 바이오티니다제에 의해 추가로 분해되어 바이오틴을 방출하며, 방출된 바이오틴은 다시 홀로카복실레이스 합성효소에 의해 재사용된다.[3]

핵 염색질에서 히스톤 단백질의 바이오틴화는 염색질 안정성과 유전자 발현에 역할을 하는 번역 후 변형이다.[3][7]

5. 흡수 및 대사

음식 속 비오틴은 단백질과 결합된 형태로 존재하며, 소화 효소와 바이오티니다제에 의해 유리형으로 전환된 후 소장에서 흡수된다.[3] 식이 보충제로 섭취하는 비오틴은 유리형이므로 흡수가 용이하다.[67] 공장을 통한 수송이 회장을 통한 수송보다 빠르다.[3]

대장의 미생물 군집은 식단으로 섭취하는 양과 유사한 양의 비오틴을 합성하며, 이 비오틴의 상당 부분은 유리(단백질 비결합) 형태로 존재하므로 흡수 가능하다.[18]

흡수된 비오틴은 나트륨 의존성 멀티비타민 수송체(SMVT)에 의해 간으로 흡수된다.[3] SMVT는 판토텐산과도 결합하므로, 이 비타민 중 하나라도 과다 섭취하면 다른 비타민의 수송을 방해할 수 있다.[19]

비오틴의 이화 작용은 두 가지 경로를 통해 일어난다. 한 경로는 발레르산 측쇄가 절단되어 비스노르비오틴이 생성되는 것이고, 다른 경로는 황이 산화되어 비오틴 설폭시드가 생성되는 것이다. 소변에는 비오틴, 비스노르비오틴, 비오틴 설폭시드, 소량의 다른 대사 산물 등이 대략 절반 비율로 포함되어 있다.[3]

유리형이 된 비오틴은 소장에서 흡수되어, 홀로카르복실라제와 합성 효소에 의해 카르복실라제의 보조 효소가 된다.[67]

6. 식이 섭취 기준

미국 국립 의학 아카데미는 1998년에 식이 섭취 기준을 업데이트하면서, 바이오틴의 생리학적 효과에 대한 이해가 높아지는 시점에 적절한 섭취량(AI)을 설정하고, 추후 더 정확한 정보로 대체할 것이라고 밝혔다. 남성과 여성 모두에 대한 바이오틴 AI는 다음과 같다.[8]

바이오틴 적정 섭취량 (AI)
연령대바이오틴 AI (μg/일)
0~6개월5
7~12개월6
1~3세8
4~8세12
9~13세20
14~18세25
19세 이상30
임신 여성 (14~50세)30
수유 여성 (14~50세)35



호주와 뉴질랜드는 미국과 유사한 AI를 설정했다.[9] 유럽 식품 안전청(EFSA) 또한 AI를 확인하며, 성인의 경우 40μg/일, 임신의 경우 40μg/일, 모유 수유의 경우 45μg/일로 값을 설정한다. 1~17세 어린이의 경우 AI는 20μg/일에서 35μg/일로 연령에 따라 증가한다.[10] 일본의 섭취 기준(2015년)은 성인 남녀 모두 하루 50μg이다.[64]

비오틴은 포유류가 생합성할 수 없는 비타민이다.[64] 장내 세균에 의한 비오틴 합성만으로는 필요량을 충족하지 못하며 식품 섭취가 필요하지만, 다양한 식품에 포함되어 있어 일반적인 식생활에서는 결핍증이 발생하지 않는다.[64] 항생물질의 장기 복용은 이론적으로 식사로부터의 비오틴 필요량을 증가시킨다.[66] 비오틴을 많이 포함하는 식재료로는 간[64], 콩류[64], 난황[64], 효모[66] 등이 있다. 서양에서는 매일 식사에서 35μg에서 70μg을 섭취한다고 생각된다.[69]

일본에서는 2014년 이후 비오틴을 첨가할 수 있는 식품은 모유 대체 식품 및 건강 기능 식품으로 한정된다.[64] 이전에는 2003년부터 영양 기능 식품에만 인가되었으며, 유아의 비오틴 결핍증이 끊이지 않아 법 개정이 이루어졌다.[79] 영양 기능 식품에서는 상한 500μg이며, 피부와 점막 건강 유지를 위한 영양소라고 표시할 수 있다.[64] 과다 섭취 시에도 소변으로 배설되기 때문에 과민증은 없는 것으로 여겨진다.[64] 일본인의 식사 섭취 기준(2015)에서는 비오틴의 상한량 설정은 없으며, 충분한 데이터가 없고 200mg과 같은 대량 투여에서도 건강을 해쳤다는 보고가 없기 때문이다.[71]

고용량의 건강 보조 식품에 함유된 바이오틴을 섭취하는 경우, 바이오틴-스트렙타비딘 기술을 사용하는 진단 혈액 검사 결과에 임상적으로 유의미한 간섭을 일으킬 수 있다. 이 방법론은 갑상선 호르몬과 같은 호르몬 수치 및 25-하이드록시비타민 D와 같은 다른 분석물을 측정하는 데 일반적으로 사용된다. 바이오틴 간섭은 잘못된 정상 결과와 잘못된 비정상 결과를 모두 초래할 수 있다.[1][34] 하루 5mg 이상 과다 섭취하면 혈장 농도가 증가하여 바이오틴-스트렙타비딘 면역 분석법을 예측할 수 없는 방식으로 방해한다.[35][36] 비오틴의 대량 섭취로 인해 갑상선 호르몬 검사 방법에 간섭하여, 실제로는 갑상선에 이상이 없는데도 갑상선 기능 항진증으로 판단되는 검사치가 나오는 경우가 있다.[71] 복용을 중단하면 검사치는 정상화된다.[71] 이러한 검사에는 신고할 필요가 있다.[71] 검사 키트에는 5mg(즉, 5000μg)에서는 8시간이 경과한 후 검사를 실시하라고 적혀 있는 제품도 있다.[71] 100mg에서 300mg에서는 3일이 경과할 필요가 있다.[69]

7. 결핍증

일반적인 식생활에서는 비오틴 결핍증이 드물게 발생한다. 비오틴은 매우 다양한 식품에 함유되어 있기 때문이다. 불현성 결핍은 머리카락 얇아짐, 손톱 부서짐, 또는 얼굴에 나타나는 피부 발진과 같은 경미한 증상을 유발할 수 있다.[8][3]

비오틴 결핍의 원인은 다음과 같다.


  • 부적절한 식단 섭취 (드물게 발생)[3][26]
  • 비오틴 대사에 영향을 미치는 유전적 질환 (예: 비오티니다제 결핍증, 카르복실라제 및 비오틴 수송체 결핍)[3][26]
  • 홀로카르복실라제 합성효소 결핍증: 신체의 세포가 바이오틴을 효과적으로 사용하지 못하게 하여 여러 카르복실라제 반응을 방해한다.[30]
  • 나트륨 의존성 멀티비타민 수송체 단백질에 영향을 미치는 유전적 결함[26]
  • 생 달걀 흰자를 대량 섭취: 비오틴이 생 달걀 흰자 속의 아비딘과 강하게 결합하여 흡수를 방해한다.[64][66] 하루 10개 이상의 생 달걀을 계속 섭취하면 생 달걀 흰자 섭취로 인한 비오틴 결핍증에 걸릴 가능성이 있다고 여겨진다.
  • 장기간의 항전간제 (예: 카르바마제핀이나 페노바르비탈 또는 발프로산) 사용이나 혈액 투석[64][66]
  • 간경변과 같은 심각한 간 장애: 비오티니다아제 활성이 저하되어 결핍이 발생할 수 있다.[66]
  • 장기간의 정맥 영양 (수액)[66]
  • 비오틴 함량이 적은 유아용 치료용 특수 분유의 사용[70][79]
  • 만성적인 알코올 섭취: 혈장 바이오틴의 현저한 감소와 관련이 있다.[20]
  • 부분적인 위절제술을 받았거나 무위산증의 다른 원인이 있는 환자, 화상 환자, 노인, 운동선수의 경우 소변이나 혈장에서 비교적 낮은 수준의 바이오틴이 보고되기도 했다.[21]
  • 임신과 수유는 바이오틴의 요구량 증가와 관련될 수 있다.[3]


비오티니다제 결핍증은 바이오틴을 재활용하는 효소의 결핍으로, 유전적인 돌연변이의 결과이다.[1] 바이오티니다제는 바이오시틴 및 바이오티닐 펩타이드(각 홀로카르복실라제의 단백질 분해 생성물)에서 바이오틴을 절단하여 바이오틴을 재활용한다.[8] 또한 식이 단백질 결합 바이오틴에서 바이오틴을 유리하는 데에도 중요하다.[30] 심각한 바이오티니다제 결핍증은 정상 혈청 효소 활성의 10% 미만으로 정의되며, 발생률은 40,000~60,000명 중 1명꼴이지만, 근친 결혼(사촌 또는 그 이상)의 발생률이 높은 국가에서는 10,000명 중 1명까지 높다. 부분 바이오티니다제 결핍증은 정상 혈청 활성의 10%~30%로 정의된다.[28]

비오틴 결핍증의 증상은 다음과 같다.

비오틴은 당 신생, 지방산 합성, 아미노산 대사 등에 관여하기 때문에 면역력 저하 및 콜라겐 합성을 저해하여 지루성 습진이나 탈모와 같은 피부 증상, 감염증, 신경염이 발생한다.[70]

8. 비오틴 대사 이상증

비오틴 대사 이상증은 크게 선천성과 영양성으로 나눌 수 있으며, 일본에서는 총 100명 이하로 추정된다.[77] 선천성 비오틴 대사 이상증은 유전 질환으로 인해 발생하며, 비오티니다제 결핍증, 홀로카르복실라제 합성효소 결핍증, 비오틴 수송체 결핍증 등이 있다. 영양성 비오틴 결핍증은 식단에 비오틴이 부족하거나, 만성적인 알코올 섭취, 특정 약물 복용, 위절제술, 임신 및 수유 등으로 인해 발생할 수 있는데, 이는 드문 경우이다.[3][20][21][77]

비오틴은 다양한 식품에 함유되어 있기 때문에, 식단으로 인한 주요 비오틴 결핍증은 드물게 나타난다. 불현성 결핍은 머리카락이 얇아지거나, 손톱이 부서지거나, 얼굴에 피부 발진이 나타나는 등의 경미한 증상을 유발할 수 있다.[8][3] 비오틴 대사 이상증은 탈모나 감염증이 쉽게 합병될 수 있다.[77]

8. 1. 선천성 비오틴 결핍증

선천성 비오틴 결핍증은 유전 질환으로 인해 비오틴 대사에 문제가 생기는 경우를 말한다. 주요 원인으로는 비오티니다제 결핍증, 홀로카르복실라제 합성효소 결핍증, 비오틴 수송체 결핍증 등이 있다.[77]

  • 비오티니다제 결핍증: 바이오시틴에서 비오틴을 재활용하는 효소인 비오티니다제의 기능이 저하되는 질환이다.[1] 유아기에 경련, 근긴장 저하, 난청 등의 증상이 나타날 수 있다.[77] 1984년 미국에서 신생아 선별 검사가 시작된 이후, 2017년 기준 30개 이상의 국가에서 이 질환에 대한 검사를 시행하고 있다.[28][29] 하루 5~20mg의 비오틴을 경구 투여하여 치료하며, 조기에 치료하면 증상이 빠르게 호전될 수 있다.[28]
  • 홀로카르복실라제 합성효소 결핍증: 비오틴을 아포카르복실라제와 결합시켜 홀로카르복실라제를 만드는 효소의 기능이 저하되는 질환이다.[76] 출생 직후 심각한 산증 증상, 피부염, 소변으로의 유기산 배설 증가 등이 나타날 수 있다.[76][77] 대량의 비오틴 투여(매일 10~100mg)가 효과적인 치료법으로 알려져 있다.[76][78][66]
  • 비오틴 수송체 결핍증: 비오틴 수송체의 기능 저하로 인해 발생하며, 이 경우에도 다량의 비오틴 보충이 필요하다.[66]


이러한 유전 질환들은 모두 지속적인 비오틴 보충을 통해 증상을 완화하고 경과를 호전시킬 수 있다.[66]

8. 2. 영양성 비오틴 결핍증

만성적인 알코올 섭취는 혈장 비오틴 감소와 관련이 있다.[20] 항간질 약물인 카바마제핀과 프리미돈 또한 장내 비오틴 흡수에 영향을 줄 수 있다.[20] 부분적인 위절제술을 받았거나 무위산증의 다른 원인이 있는 환자, 화상 환자, 노인, 운동선수에게서도 낮은 수준의 비오틴이 보고되기도 했다.[21] 임신과 수유는 비오틴 요구량 증가와 관련될 수 있는데, 임신 중에는 비오틴 이화작용의 가속화가 원인일 수 있으며, 수유 중에는 그 원인이 아직 밝혀지지 않았다.[3]

주요 비오틴 결핍증은 식단에 비오틴이 너무 적게 함유되어 결핍이 발생하는 경우로 드물게 나타나는데, 이는 비오틴이 매우 다양한 식품에 함유되어 있기 때문이다. 불현성 결핍은 머리카락 얇아짐, 손톱 부서짐, 또는 얼굴에 나타나는 피부 발진과 같은 경미한 증상을 유발할 수 있다.[8][3]

부적절한 식단 섭취 외에도, 비오틴 결핍은 비오틴 대사에 영향을 미치는 유전적 질환으로 인해 발생할 수 있다. 가장 흔한 질환은 비오티니다제 결핍증이며, 이 효소의 낮은 활성은 바이오시틴으로부터 비오틴을 재활용하지 못하게 한다. 드물게 카르복실라제 및 비오틴 수송체 결핍이 나타나기도 한다.[3][26] 비오티니다제 결핍증에 대한 신생아 선별 검사는 1984년 미국에서 시작되었으며, 현재 많은 국가에서 출생 시 이 유전 질환에 대한 검사를 실시하고 있다. 치료는 평생 동안 비오틴을 식이 보충하는 것이다.[1] 비오티니다제 결핍증을 치료하지 않으면 치명적일 수 있다.[27]

생 달걀 흰자 섭취로 인한 비오틴 결핍증이라고도 불리는데,[70] 생 달걀 흰자를 대량 섭취하면 비오틴 결핍증이 발생할 수 있다. 이는 비오틴이 생 달걀 흰자 속의 아비딘과 강하게 결합하여 흡수를 방해하기 때문이다.[64][66] 가열된 달걀 흰자는 이러한 문제를 일으키지 않는다.[66] 하루 10개 이상의 생 달걀을 계속 섭취하면 생 달걀 흰자 섭취로 인한 비오틴 결핍증에 걸릴 가능성이 있다고 여겨진다.

장기간의 항전간제 (예: 카바마제핀이나 페노바르비탈 또는 발프로산)[66] 사용이나 혈액 투석도 원인이 된다.[64] 간경변과 같은 심각한 간 장애에서도 비오티니다아제 활성이 저하되어 결핍이 발생할 수 있다.[66] 또한 장기간의 정맥 영양 (수액)이나,[66] 비오틴 함량이 적은 유아용 치료용 특수 분유의 사용도 원인이 된다.[70][79]

비오틴 결핍증의 증상은 다음과 같다.

  • 건조하고 비늘 같은 피부염, 결막염, 탈모, 설염, 피부 감염[64]
  • 눈, 입, 코, 생식기 주변의 인설성 발진[66]
  • 근육통, 운동 실조, 감각 과민, 경련[64]
  • 식욕 부진, 우울 증상, 메스꺼움, 구역질[64]
  • 산증, 소변으로 유기산 배설[64]


비오틴은 당 신생, 지방산 합성, 아미노산 대사 등에 관여하기 때문에 면역력 저하 및 콜라겐 합성을 저해하여 지루성 습진이나 탈모와 같은 피부 증상, 감염증, 신경염이 발생한다.[70]

선천성 원인으로는 비오티니다제 결손증과 홀로카르복실라아제 합성 효소 결손증,[64] 비오틴 수송체 결손증(비오틴 수송 담체 결손증[66])이 있다.[77] 모두 유전 질환이며, 비오틴을 지속적으로 보충하면 경과가 양호하다.[66] 삿포로시에서는 경련이나 의식 장애를 일으킨 신생아에게 검사를 실시하고 있다.[75]

비오티니다제 결손증에서는 비오티니다제의 작용을 이용할 수 없어 식품으로부터의 비오틴을 유리시켜 흡수하거나, 단백질과 결합한 비오틴을 유리시켜 재사용할 수 없다.[66] 비오티니다제 결손증은 유아기에 경련이나 근긴장 저하로 알아차린다.[77] 난청이 발생할 수 있다.[77] 하루 5mg-10mg을 보충하지만, 많은 사례에서는 더 적게 투여해도 된다.[66]

홀로카르복실라아제 합성 효소 결손증은 비오틴을 아포카르복실라아제에 결합시켜 홀로카르복실라아제로 만드는 효소로, 출생 후 심각한 산증 증상을 나타내어 뚜렷해진다.[76] 중증이 되기 쉽고, 소변으로의 유기산 배설이 특징적이며, 피부염도 있다.[77] 지금까지의 모든 사례에서 비오틴 대량 투여가 효과적이었으며, 연구 결과 홀로카르복실라아제 합성 효소의 활성이 약 100분의 1로 추정되어, 대량 투여를 통해 활성을 상승시킬 수 있다고 생각된다.[76] 변이 효소의 유형에 따라 매일 10mg 또는 40mg이 투여된다.[78] 많게는 100mg이다.[66]

비오틴 수송 담체 결손증에서도 다량의 비오틴을 보충한다.[66]

9. 건강 관련 연구 및 활용

영양성 비오틴 결핍증은 음식 알레르기 치료용 펩타이드 밀크 등을 장기간 섭취했을 때 나타날 수 있으며, 피부염이나 소변으로 유기산이 배설되는 증상으로 인지된다.[77]

일본에서는 특수 분유가 다양한 질환용으로 조제되지만, 대부분 CODEX의 비오틴 권장량(1.5ug)을 충족하지 못했다.[79] 이로 인해 피부 증상(약 90%), 저체중 및 발달 지연(20% 미만) 등이 관찰되었다.[79] 이는 비오틴 첨가에 대한 법적 규제 때문이었으며,[81] 2014년부터 법적으로 모유 대체 제품에 비오틴 첨가가 가능해졌지만, 카르니틴이나 셀레늄이 부족한 제품도 많아 주의가 필요하다.[79]

다발성 경화증 치료에 고용량 바이오틴(하루 300mg)이 임상 시험에 사용되기도 한다.[50][51] 그러나 임상 시험 결과는 엇갈리고 있으며, 2019년과 2020년 리뷰에서는 이점에 대한 일관된 증거가 없다고 보고되었다.[50][52]

비오틴은 피부, 모발, 손톱 건강을 위한 식이 보충제로 판매되지만, 과학적 근거는 부족하다.[2][54][55] 아토피 피부염 환자 일부에게 비오틴(하루 5mg)을 투여했을 때 습진이 개선되는 경우가 있었으나,[70] 이는 비오틴 결핍 환자 대상의 사례 보고[82]일 뿐, 건강한 사람에 대한 자료는 부족하다.[69]

당뇨병과 관련하여 비오틴이 혈당 개선에 도움이 될 수 있다는 연구 결과와 그렇지 않다는 연구 결과가 모두 존재한다.[66] 수장족저농포증성 골관절염 환자에게 비오틴(1일 9mg)을 투여하면 피부 발진 개선 및 혈당 감소 효과가 나타난다는 연구 결과도 있다.[86]

소의 경우, 바이오틴은 발굽 건강에 필수적이며, 20mg/일 기준으로 4~6개월간 섭취 시 파행(跛行, 저는 증상) 위험을 줄일 수 있다.[58][59] 말의 경우, 만성적인 발굽염, 발굽 갈라짐 등에 바이오틴(15mg~25mg/일)이 사용될 수 있다.[61]

생명공학 분야에서 화학적으로 변형된 바이오틴은 단백질 및 비단백질 화합물 분리에 널리 사용된다.[31] 아비딘은 비오틴과 강하게 결합하는 성질을 이용하여[32] 시료에서 바이오틴화된 관심 화합물을 분리하는 데 사용된다.[33]

9. 1. 다발성 경화증

고용량의 바이오틴(하루 300mg = 적정 섭취량의 10,000배)은 탈수초성 자가면역 질환인 다발성 경화증 치료를 위한 임상 시험에 사용되었다.[50][51] 바이오틴이 신경 세포의 수초 재형성을 촉진하여 신경 퇴행을 늦추거나 심지어 되돌릴 수 있다는 가설이 있다. 제안된 메커니즘은 바이오틴이 수초 합성에 중요한 속도 제한 효소인 아세틸-CoA 카르복실라아제를 활성화하고, 향상된 에너지 생산을 통해 축삭 저산소증을 감소시키는 것이다.[50][51] 임상 시험 결과는 엇갈린다. 2019년 리뷰에서는 다발성 경화증 증상과 바이오틴 간의 연관성에 대한 추가 조사가 수행되어야 한다고 결론 내렸으며,[50] 2020년 두 개의 더 많은 임상 시험 리뷰에서는 이점이 있다는 일관된 증거가 없다고 보고했으며,[52] 질병 활동 증가와 재발 위험 증가에 대한 일부 증거도 보고되었다.[53] 다발성 경화증에 대한 13명의 무작위 비교 시험에서, 1일 100mg씩 3회 섭취하여 위약과 비교하여 유효했다는 결과가 나왔다.[88]

9. 2. 피부, 모발, 손톱 건강

미국에서 바이오틴은 모발과 손톱을 튼튼하게 해주는 식이 보충제로 판매되고 있지만, 이를 뒷받침할 만한 과학적 자료는 매우 부족하다.[2][54][55] 1990년 이전에 시행된 두 건의 임상 시험에서 하루 2.5mg의 비오틴을 수개월간 복용했을 때 손톱이 덜 부서지는 결과가 나타났지만, 위약(가짜 약)을 사용한 비교군은 없었다. 더 최근의 임상 시험 자료는 없다.[54] 탈모 치료에 비오틴을 사용하는 것에 대한 연구 검토에서는 유전적 결함으로 비오틴이 부족한 유아와 어린이들이 비오틴 보충 후 모발 성장이 개선된 사례가 확인되었지만, "건강한 사람에게 비오틴 보충이 효과가 있다는 무작위 대조 시험은 없었다"고 보고되었다.[55]

1994년 식이 보충제 건강 및 교육법에 따라, 미국 식품의약국(FDA)은 제품 라벨에 건강에 필수적이라는 "구조:기능"(S:F) 건강 주장을 허용해야 한다. 예를 들어, "비오틴은 건강한 피부, 모발, 손톱을 유지하는 데 도움이 됩니다."와 같은 주장이다. 이러한 주장이 있을 경우, 라벨에는 "이 진술은 식품의약국에서 평가하지 않았습니다. 이 제품은 질병을 진단, 치료, 완치 또는 예방하기 위한 것이 아닙니다."라는 문구를 포함해야 한다.[57]

아토피 피부염 환자 중 3~4%는 비오티니다제 활성이 낮고 비오틴 농도가 건강한 사람보다 현저히 낮은 경우가 있는데, 하루 5mg의 비오틴을 투여했을 때 습진이 사라지는 경우가 있다.[70] 그러나 이는 비오틴 결핍 환자 4명에 대한 사례 보고[82]일 뿐, 건강한 사람에 대한 자료는 부족하다.[69]

2018년의 체계적 문헌 고찰에서는, 많은 경우가 선천성 결핍증이지만 모발 상태(주로 탈모)가 비오틴에 의해 개선되었다는 소규모 연구가 여러 건 있었다. 예를 들어 발프로산 사용자들과 건강한 사람들의 비오틴 혈중 농도와 비오티니다제 활성은 정상 범위에서 차이가 없었지만, 발프로산 사용 중 탈모가 나타난 사람들에게 하루 10mg의 비오틴을 복용시킨 결과 3개월 이내에 탈모가 사라졌다.[85] 하지만, 손톱 부스러짐 개선과 모발 상태 개선 모두 무작위 비교 시험을 통한 검증이 필요하다.[66][84]

9. 3. 당뇨병

비오틴이 혈당 개선에 도움이 될 수 있다는 연구 결과와 그렇지 않다는 연구 결과가 모두 존재한다.[66]

수장족저농포증성 골관절염(수장족저농포증[70]) 환자는 혈청 비오틴 농도가 건강한 사람의 절반 수준이며, 종종 당뇨병을 동반하는 경우가 있다. 이들에게 비오틴을 1일 9mg[70] 투여하면 피부 발진이 개선되고 혈당도 감소하는 효과가 나타난다.[86] 비오틴이 혈당 조절에 관여할 가능성이 있어 추가적인 연구가 필요하다.[86]

특히 수장족저농포증과 건선에 대한 비오틴 요법은 도호쿠 대학 피부과 마키노 요시오 교수와 내과 마에바시 사토시 교수가 공동 연구해 왔으며, 연예인 나미 에츠코의 수장족저농포증 치료로 보도되어 주목받은 바 있다.[87]

9. 4. 동물 건강

소의 경우, 바이오틴은 발굽 건강에 필수적이다. 발굽 문제로 인한 파행(跛行, 저는 증상)은 흔하며, 개체군 유병률은 10~35%로 추정된다.[58] 파행이 발생하면 먹는 양 감소, 우유 생산량 감소, 수의학적 치료 비용 증가 등의 문제가 발생한다. 바이오틴을 20mg/일 기준으로 4~6개월간 매일 먹이에 섞어 주면 파행 위험을 줄일 수 있다.[58][59] 통제된 임상 시험 검토 결과에 따르면, 20mg/일의 바이오틴 보충은 우유 생산량을 4.8% 증가시켰다. 이는 발굽 건강 개선의 간접적인 결과이거나 우유 생산에 직접적인 영향을 미치는 것일 수 있다.[60]

말의 경우, 만성적인 발굽염, 발굽 갈라짐, 신발을 유지할 수 없는 건조하고 부서지기 쉬운 발굽 등이 흔한 문제이다. 바이오틴은 인기 있는 영양 보충제이며, 말에게는 15mg~25mg/일의 바이오틴이 필요하다는 권장 사항이 있다. 연구에 따르면 바이오틴은 기존 발굽의 상태를 개선하기보다는 새로운 발굽 각질의 성장을 개선하므로, 발굽벽이 완전히 교체되려면 몇 달간 보충해야 한다.[61]

9. 5. 생명공학 분야 활용

화학적으로 변형된 바이오틴은 생화학적 분석에서 단백질 및 비단백질 화합물을 분리하는 데 널리 사용된다.[31] 아비딘은 바이오틴과 강하게 결합하여 해리 상수 ''K''d ≈ 10−15 M을 가지기 때문에,[32] 이처럼 매우 안정적인 상호작용을 이용하여 시료에서 바이오틴화된 관심 화합물을 분리할 수 있다. 이 과정은 다음과 같다. 먼저, 화학적으로 변형된 바이오틴 시약은 바이오틴화라는 과정을 통해 용액 내의 표적 화합물에 결합된다. 어떤 화학적 변형을 사용할지는 특정 단백질에 대한 바이오틴 시약의 결합을 결정한다.[31] 둘째, 시료를 비드에 결합된 아비딘과 함께 배양한 다음, 헹구어 결합되지 않은 모든 단백질을 제거하고, 바이오틴화된 단백질만 아비딘에 결합된 채로 남긴다. 마지막으로, 바이오틴화된 단백질은 과량의 유리 바이오틴으로 비드에서 용출될 수 있다.[33] 이 과정은 박테리아에서 유래된 스트렙타비딘을 비드에 결합하여 사용할 수도 있지만, 아비딘보다 해리 상수가 더 높기 때문에 바이오틴화된 단백질을 비드에서 용출하기 위해 매우 가혹한 조건이 필요하며, 이는 종종 관심 단백질을 변성시킬 수 있다.[32]

생 달걀 흰자 속의 아비딘은 비오틴에 매우 강하게 결합하기 때문에 표적 분자에 비오틴을 결합하여 표식으로 삼고, 이를 아비딘으로 검출하는 방법이 혈액 검사에 사용된다.[71]

10. 역사

1927년, 보아즈(Boas)는 효모의 성장을 촉진하는 성분을 발견하고 비오스(bios)라고 명명했으며, 1936년 네덜란드의 쾨글(F. Kögl)에 의해 난황에서 분리되었다.[63] 1931년, 죄르지(P. György)는[63] 피부와의 관련성으로 인해 피부를 의미하는 독일어 Haut에 따라 '''비타민 H'''라고 명명했다.[70] 또한, 생체 내에서 수행하는 역할에 따라 '''조효소 R'''이라고도 불렸다.

1916년 W. G. 베이트먼은 날달걀 흰자를 많이 섭취하면 개, 고양이, 토끼, 사람에게 독성 증상이 나타난다는 것을 관찰했다.[37] 1927년까지 마르가레테 보아스와 헬렌 파슨스는 "계란 흰자 손상" 관련 증상을 입증하는 실험을 수행하여, 계란 흰자를 유일한 단백질 공급원으로 대량 섭취한 쥐가 신경 기능 장애, 탈모, 피부염을 보이며 결국 사망에 이른다는 것을 발견했다.[38][39]

1936년, 프리츠 쾨글과 베노 퇀니스는 Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb|italic=node (달걀 노른자에서 결정화된 바이오틴의 표현)이라는 논문에서 효모 성장 인자를 분리했음을 기록했다.[40] '바이오틴'이라는 이름은 그리스어 ('생명')와 접미사 "-in" (유기 화학에 사용되는 일반적인 화학 접미사)에서 파생되었다.[4] 헝가리 과학자 폴 죄르지는 1933년에 계란 흰자 손상의 원인 인자를 조사하기 시작해 1939년에는 "비타민 H"라고 부르는 물질을 식별하는 데 성공했다(H는 Haar und Haut|머리카락과 피부de를 뜻한다).[41][42] 비타민 H의 추가적인 화학적 특성 분석 결과, 이 물질은 수용성이며 간에 많이 존재한다는 것이 밝혀졌다.[43] 효모와 ''Rhizobium trifolii''를 이용한 실험 후, 웨스트와 윌슨은 코엔자임 R이라고 불리는 화합물을 분리했다.[44][45] 1940년까지 세 화합물이 모두 동일하다는 것이 밝혀져, 이들을 통칭하여 바이오틴이라는 이름을 사용하게 되었다.[46] 죄르지는 바이오틴 연구를 계속하여 1941년에 계란 흰자 손상이 아비딘에 의한 바이오틴 결합으로 인해 발생한다는 것을 입증하는 논문을 발표했다.[47][48]

옛날에는 마우스를 사용한 동물 실험에서, 생달걀 흰자의 대량 투여로 피부에 생기는 염증을 방지하는 인자로 보고되었다.

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