비타민 C

1. 개요

비타민 C는 아스코르브산과 데하이드로아스코르브산을 통칭하며, 결합 조직 형성, 콜라겐 합성, 항산화 작용 등에 필수적인 영양소이다. 선사 시대부터 괴혈병과 연관되어 연구되었으며, 대항해 시대 선원들의 괴혈병 예방을 위해 감귤류 섭취가 권장되었다. 20세기에 들어 알베르트 센트죄르지가 비타민 C 결정을 추출하여 노벨상을 수상했고, 월터 노먼 하워스가 비타민 C 합성에 성공했다. 비타민 C는 효능으로 콜라겐 합성, 활성산소 제거, 면역력 강화 등이 있으며, 결핍 시 괴혈병을 유발한다. 인체는 비타민 C를 자체적으로 합성하지 못해 외부 섭취가 필요하며, 과일, 채소 등을 통해 섭취할 수 있다. 고용량 섭취 시 부작용이 있을 수 있으며, 암 치료 및 피부 노화 방지 등 다양한 연구가 진행 중이다.

2. 역사

선사 시대의 시체에서도 비타민 C 부족과 그에 따른 괴혈병의 흔적이 발견된다. 아마도 빙하기를 거치며 식물성 음식을 구하기 어려웠기 때문으로 보인다. 인류가 겨울철에도 비타민 C를 충분히 공급받기 시작한 것은 농업 혁명이 있던 신석기 시대 이후이다. 그러나 괴혈병의 예방과 치료법은 역사 시대 동안 간헐적으로 발견되었어도 다시 잊혀졌다. 비타민의 발견과 과학적 탐구는 근세 이후의 일이다.

대항해 시대 동안 선원들은 알려지지 않은 질병으로 고통받았다. 오랫동안 항해를 하다 보면 피부가 탄력을 잃고 입에서 피가 나며 무기력증에 시달리다 심할 경우 사망에 이르렀다. 사람들은 원인을 알 수 없는 이 병을 괴혈병이라 불렀다. 바스쿠 다가마가 희망봉을 돌 무렵 선원 160 명 가운데 100 여명이 괴혈병으로 사망할 정도로 오랜 항해에 괴혈병은 심각한 장애였다.

18세기 후반 영국 해군 소속 군의관 제임스 린드는 실험을 통해 감귤류 등의 과일을 제공하면 괴혈병을 예방하고 치료할 수 있다는 사실을 발견했다. 1747년 5월 항해 중 린드는 일부 승무원에게 정상 배급 외에 하루에 오렌지 두 개와 레몬 하나를 제공했고, 다른 승무원들은 정상 배급 외에 사이다, 식초, 황산 또는 바닷물을 섭취하도록 했다. 이는 세계 최초의 통제된 실험 중 하나였다. 그 결과 감귤류가 질병을 예방하는 것으로 나타났다. 린드는 1753년 그의 저서 『괴혈병 논문(Treatise on the Scurvy)』에서 연구 결과를 발표했다. 이후 제임스 쿡의 시기에 이르면 세계를 일주하는 동안 단 한 명의 선원도 괴혈병에 걸리지 않을 만큼 영국 해군은 과일 지급을 통해 괴혈병을 억제하는 데 성공하였다.

20세기에 들어 헝가리 출신의 생화학자 알베르트 센트죄르지가 비타민 C 결정을 추출하는 데 성공하여 1932년 《네이쳐》에 발표하였고 1937년 이 공로로 노벨 생리학·의학상을 수상하였다. 1933년 영국의 월터 노먼 하워스가 포도당을 재료로 비타민 C를 합성하여 인공적인 생산의 길을 열었다.

3. 비타민

비타민은 많은 양이 필요하지는 않지만 부족할 경우 건강에 문제가 생기는 영양소이다. 영양과 신진 대사에 대한 지식이 부족했던 근세에는 비타민 C 부족으로 인한 괴혈병과 비타민 B 부족으로 인한 각기병이 여러 문화에서 새롭게 부각된 질병이었다. 이들 질병의 원인과 치료법은 여러 경로를 통해 점차 발견되었고, 1912년 폴란드의 카지미르 풍크가 이들을 묶어 비타민이라는 이름을 붙였다. 풍크는 이 물질들이 모두 아민을 포함하고 있다고 여겨 라틴어로 생명을 뜻하는 Vita- 와 아민(Amine)을 조합하여 Vitamine 이라고 이름을 붙였지만, 훗날 모든 비타민이 아민을 포함하고 있지는 않다는 것이 밝혀지며 맨 뒤의 e를 뺀 Vitamin이 학술명으로 채택되었다. 비타민을 알파벳 순으로 정리한 사람은 미국의 생화학자 엘머 매콜럼으로, 비타민 A를 발견한 사람이기도 하다. 그는 1913년 기름에 녹는 지용성 비타민을 비타민 A로, 물에 녹는 비타민을 비타민 B로 구분하였다. 그러나 1920년 영국의 잭 드러먼드가 비타민 B와 비타민 C가 서로 다른 수용성 비타민임을 밝혀 둘을 구분하였다. 오늘날 비타민은 A에서 K까지 구분된다.

4. 화학

-- --

"비타민 C"는 항상 L-거울상 이성질체인 아스코르브산과 그 산화된 형태인 데하이드로아스코르브산(DHA)을 가리킨다. 따라서 영양학 문헌에서 "아스코르브산염"과 "아스코르브산"은 달리 명시되지 않는 한 각각 L-아스코르브산염과 L-아스코르브산을 의미한다. 아스코르브산은 글루코스와 구조적으로 관련된 약한 당산이다. 생물학적 시스템에서 아스코르브산은 낮은 pH에서만 발견될 수 있지만, pH 5 이상의 용액에서는 주로 이온화된 형태인 아스코르브산염으로 존재한다.

아스코르브산 검출을 위해 많은 분석 방법이 개발되었다. 예를 들어, 과일 주스와 같은 식품 샘플의 비타민 C 함량은 디클로로페놀인도페놀(DCPIP) 용액의 색깔을 없애는 데 필요한 샘플의 부피를 측정한 다음, 알려진 농도의 비타민 C와 비교하여 결과를 보정하여 계산할 수 있다.

5. 효능

비타민 C는 결합조직 형성에 필요한 효소 작용을 돕고, 혈관, 피부, 인대 등의 생장과 상처 치료에 필수적이다. 콜라겐 합성에도 관여하는데, 프롤린·라이신 잔기를 포함한 콜라겐 단백질이 합성된 후, 산화효소에 의해 히드록실화(수산화)되어 히드록시프롤린·히드록실라이신 잔기로 변화한다. 이들은 수소결합으로 단백질 사슬을 연결하여 콜라겐의 3중 나선 구조를 유지한다.

비타민 C는 강한 환원력을 가진 수용성 비타민으로, 활성산소를 제거한다. 글루타티온-아스코르브산 회로를 통해 데히드로아스코르브산으로 산화되어도 여러 효소에 의해 아스코르브산(비타민 C)으로 환원·재생되어 촉매처럼 기능한다. 또한 비타민 E가 지질 속 프리라디칼을 제거하여 비타민 E 라디칼이 되면, 비타민 C가 이를 다시 비타민 E로 재생시킨다.

그 외에도 이물질 대사 시토크롬 P450 활성화, 티로신에서 노르에피네프린으로의 대사, 철 흡수 촉진, 카르니틴 생합성, 콜레스테롤에서 담즙산 합성 등 여러 반응에 관여한다. 활성산소종은 인체의 단백질, 지질, DNA를 산화시켜 당뇨병, 동맥경화, 백내장 등 노화 관련 질환을 악화시키는데, 비타민 C는 이를 빠르게 제거한다.

비타민 C는 면역 세포를 활성화하여 면역력을 높이고, 햄, 소시지 등에 사용되는 아질산나트륨이 체내에서 발암물질인 니트로소아민을 생성하는 것을 억제하여 항암 효과도 기대된다.

식품을 통한 비타민 C 섭취는 다양한 암 발생률 감소와 관련이 있지만, 비타민 C 보충제는 암 발생률과 무관한 것으로 나타났다. 1976년 라이너스 폴링은 말기 암 환자에게 비타민 C를 정맥 주사 후 경구 섭취시켜 생존 기간이 연장되었다고 보고했으나, 1985년 메이요 클리닉 연구에서는 경구 비타민 C가 효과가 없다고 보고했다. 이후 정맥 주사가 혈중 농도를 높인다는 사실이 밝혀지면서 다시 관심받게 되었다.

미국 국립 암 연구소에 따르면, 정맥 투여는 경구 투여보다 혈중 비타민 C 농도를 높이고 부작용이 적으며 삶의 질을 향상시키고 암 치료 부작용을 줄인다. 2019년 검토 논문에서는 1980년대부터 2010년대까지의 연구 중 위약 대조군이 설정된 4건을 포함한 총 19건의 시험을 검토한 결과, 가벼운 부작용 외에는 해가 없을 것 같지만 효과를 뒷받침할 연구는 부족하여 추가적인 무작위 대조 시험이 필요하다고 밝혔다.

4건의 무작위 대조 시험(RCT) 중 1970년과 1985년의 경구 섭취 연구에서는 효과가 없었다. 2014년에는 비타민 C 정맥 주사군의 생존 기간이 더 길었다는 연구와, 2018년에는 고농도 비타민 C 정맥 투여로 완치율 상승 및 생존 기간 연장이 관찰되었다는 연구가 있다. 2015년에는 고농도 비타민 C가 암세포의 세포자멸사를 유발한다는 연구 결과가 발표되었지만, 작용 기전이 밝혀지지 않아 임상 적용은 불확실하다.

비타민 C는 멜라닌 생성 효소 티로시나아제의 활성화를 억제하여 흑색 멜라닌 합성을 막고, 산화형 흑색 멜라닌을 환원형 담색 멜라닌으로 만들어 탈색 효과를 기대할 수 있다. 고농도 비타민 C 요법은 피지 분비를 억제하여 여드름 발생을 줄이고, 피지선 기능을 억제하여 모공을 수렴하는 효과도 있다고 알려져 있다.

5.1. 결핍

비타민 C가 부족하면 괴혈병이 발생한다. 괴혈병은 이미 선사시대의 시체에서도 발견될 정도로 오래된 질병이다. 인류는 농업 혁명이 일어난 신석기 시대 이후 겨울철에도 비타민 C를 충분히 공급받기 시작했지만, 괴혈병의 예방과 치료법은 역사 시대 동안 간헐적으로 발견되었다가 다시 잊혀지기를 반복했다.

비타민 C는 결합조직 형성에 필요한 효소 작용을 돕는 보조 인자로, 혈관, 피부, 인대 등의 성장과 상처 치료에 필수적이다. 임신과 출산 이후 수유 과정, 각종 감염이나 상처, 수술 후에도 비타민 C가 많이 소모된다. 비타민 C가 부족하면 쉽게 피로감을 느끼고 피부 탄력이 떨어지며, 심하면 잇몸 출혈이 나타나는 괴혈병에 걸릴 수 있다.

혈장 비타민 C 농도는 비타민 C 상태를 측정하는 가장 일반적인 방법이다. 적절한 수치는 약 50 μmol/L이며, 23 μmol/L 미만은 비타민 C 결핍증, 11.4 μmol/L 미만은 비타민 결핍으로 정의된다. 20세 이상 성인의 경우, 미국 2017-18년 국민건강영양조사(National Health and Nutrition Examination Survey) 자료에 따르면 평균 혈청 농도는 53.4 μmol/L였고, 결핍으로 보고된 사람의 비율은 5.9%였다. 전 세계적으로 비타민 C 결핍은 저소득 및 중간 소득 국가에서 흔하며, 고소득 국가에서도 드물지 않게 나타난다. 고소득 국가에서는 여성보다 남성에게서 더 많이 발생한다.

괴혈병은 비타민 C 결핍으로 인해 발생하는 질병으로, 신체가 생성하는 콜라겐이 제 기능을 하지 못하고 여러 효소들이 제대로 작동하지 않게 된다. 초기 증상은 권태감과 무기력증이며, 점차 호흡 곤란, 골통, 멍, 반점, 출혈, 잇몸 출혈 등으로 이어진다. 심한 경우 발열, 상처 악화, 화농, 치아 손실, 경련 등이 발생하고 결국 사망에 이를 수 있다. 하지만 질병 후기까지는 비타민 C를 보충하면 건강한 콜라겐이 결함 있는 콜라겐을 대체하여 회복될 수 있다.

제2차 세계대전 중 영국과 1960년대 후반부터 1980년대까지 아이오와 주 교도소에서 비타민 C 결핍에 대한 실험이 진행되었다. 교도소 연구에서는 비타민 C가 없는 식단을 시작한 지 약 4주 후에 괴혈병 증상이 나타났지만, 영국 연구에서는 6~8개월이 걸렸다. 두 연구 모두 괴혈병 증상이 나타날 무렵 혈중 아스코르브산 수치가 매우 낮았으며, 10 mg/day만 보충해도 모든 증상이 완전히 회복되었다고 보고했다. 괴혈병은 비타민 C가 함유된 음식이나 식이 보충제, 주사로 치료할 수 있다.

비타민 C는 면역을 담당하는 백혈구와 림프구를 활성화시켜 감기 예방 및 면역력 강화에 도움을 준다고 알려져 있다. 또한 스트레스에 대항하는 호르몬 생성에 사용되어 스트레스 완화에도 도움이 된다고 여겨진다. 비타민 C는 피부, 뼈, 혈관에 많이 함유된 콜라겐 섬유 구성에 필요하며, 비타민 C가 부족하면 콜라겐이 합성되지 않아 혈관이 약해져 출혈(괴혈병)을 일으킨다. 적절한 비타민 C 섭취는 괴혈병 예방에 중요하다.

비타민 C가 포함되지 않은 식사를 약 60~90일 동안 계속하면 체내 비타민 C 축적량이 300mg 이하가 되고, 피로, 권태감, 근육통과 같은 경도의 결핍 증상이 나타나며, 수개월 후에는 출혈성 장애를 일으키는 중증의 결핍증인 괴혈병이 발생한다.

5.2. 식단

여러 국가 및 기관에서 비타민 C 섭취 권장량을 설정하고 있다. 2000년, 북미 영양소 기준치는 성인 남성의 권장 섭취량(RDA)을 하루 90mg, 성인 여성의 권장 섭취량을 하루 75mg으로 업데이트했다. 유럽식품안전청(EFSA)은 성인 남성 하루 110mg, 여성 하루 95mg으로 더 높은 권장량을 설정했다.

흡연자는 비흡연자보다 혈청 비타민 C 수치가 낮기 때문에, 하루 35mg 더 많은 비타민 C를 섭취해야 한다.

비타민 C는 카카두 플럼, 카무카무, 아세로라와 같은 과일과 피망, 케일, 브로콜리와 같은 채소에 많이 함유되어 있다.

👆

좌우로 밀어서 보기

📌 열 고정 해제

생채소 원료	함량 (mg / 100g)
카카두 플럼	1000–5300
카무카무	2800
아세로라	1677
로즈힙	426
구아바	228
블랙커런트	200
노란색 피망/캡시컴	183
빨간색 피망/캡시컴	128
케일	120
브로콜리	90
키위	90
녹색 피망/캡시컴	80
브뤼셀콩	80
딸기	60
파파야	60
오렌지, 레몬	53
콜리플라워	48
파인애플	48
칸탈루프	40
자몽, 라임	30
양배추, 시금치	30

식품의약품안전처에서는 건강기능식품으로 비타민 C 제품을 판매하기도 한다. 비타민 C 건강기능식품은 정제, 캡슐, 분말 음료, 종합 비타민/미네랄 제제, 항산화 제제 및 결정성 분말 등 다양한 형태로 이용 가능하다.

동물성 식품은 비타민 C 함량이 낮고, 조리 과정에서 쉽게 파괴된다. 식품 보존 및 가공 과정에서 비타민 C 손실을 줄이기 위해 아스코르브산과 그 염 및 에스터를 식품 첨가물로 사용하기도 한다.

6. 약리학

약물동력학(Pharmacodynamics^영어)은 약물(이 경우 비타민 C)이 생물체에 어떻게 영향을 미치는지 연구하는 학문인 반면, 약물운동학(Pharmacokinetics^영어)은 생물체가 약물에 어떻게 영향을 미치는지 연구하는 학문이다.

약력학에는 비타민 C가 보조인자로 작용하는 효소들이 포함되며, 결핍 상태에서는 기능이 손상될 수 있다. 또한 경구 또는 주사를 통해 정상 요구량을 초과하여 비타민 C를 투여할 경우 영향을 받는 효소 보조인자 또는 기타 생리적 기능도 포함된다. 정상적인 생리적 농도에서 비타민 C는 효소 기질 또는 보조인자이자 전자 공여체 항산화제로 작용한다. 효소 기능에는 콜라겐, 카르니틴, 및 신경전달물질의 합성; 티로신의 합성 및 이화작용; 그리고 소포체의 대사가 포함된다. 비효소 기능에서는 환원제로 작용하여 산화된 분자에 전자를 기증하고 산화를 방지하여 철 및 구리 원자를 환원 상태로 유지한다. 정맥 주사를 통해 달성되는 비생리적 농도에서는 비타민 C가 프로산화제로 작용하여 암세포에 대한 치료적 독성을 나타낼 수 있다.

비타민 C는 다음과 같은 효소의 보조인자로 작용한다.

항산화제로서 아스코르브산은 활성 산소 및 질소 화합물을 제거하여 이러한 유리기 화합물에 의한 잠재적인 조직 손상을 중화한다. 산화된 형태인 데하이드로아스코르브산은 글루타티온과 같은 내인성 항산화제에 의해 다시 아스코르브산으로 재활용된다. 눈에서는 아스코르브산이 광분해에 의해 생성된 유리기 손상으로부터 보호하는 것으로 생각되며, 더 높은 혈장 아스코르브산 수치는 백내장 위험 감소와 관련이 있다. 아스코르브산은 또한 α-토코페롤과 같은 다른 생물학적 항산화제를 활성 상태로 재생시킴으로써 간접적으로 항산화 보호를 제공할 수 있다. 또한 아스코르브산은 마이크로솜 약물 대사 시스템에서 혼합 기능 산화효소에 대한 비효소적 환원제로 작용하여 약물 및 환경 발암물질과 같은 다양한 기질을 불활성화한다.

비타민 C는 글루타티온-아스코르브산 회로를 통해 과산화수소를 제거한다. 이 회로에서 비타민 C는 데히드로아스코르브산으로 산화되어도 여러 효소에 의해 비타민 C(아스코르브산)로 환원, 재생되어 촉매적으로 기능한다.

비타민 C는 비타민 E의 재생 기능이 있다. 비타민 E는 지질 중의 프리라디칼을 소멸시킴으로써 스스로 비타민 E 라디칼이 되어 프리라디칼에 의한 지질의 연쇄적 산화를 억제한다. 발생한 비타민 E 라디칼은 비타민 C에 의해 비타민 E로 재생된다.

아스코르브산은 활성 수송과 수동 확산 두 가지 방식으로 체내에 흡수된다. 하루 30~180mg을 섭취할 경우, 약 70~90%의 비타민 C가 활성 수송을 통해 흡수된다. 그러나 비타민 C 보충제와 같이 많은 양을 섭취하면 활성 수송 시스템이 포화되어 흡수되는 총량은 용량에 따라 증가하지만, 흡수 효율은 50% 미만으로 감소한다. 활성 수송은 소듐-아스코르베이트 공동 수송체 단백질(SVCTs)과 헥소스 수송체 단백질(GLUTs)에 의해 조절된다. SVCT1과 SVCT2는 아스코르베이트를 세포막을 가로질러 수송한다. 헥소스 수송체 단백질 GLUT1, GLUT3 및 GLUT4는 비타민 C의 산화된 형태인 데하이드로아스코르브산(DHA)만을 이동시킨다. 정상적인 조건에서 혈장 및 조직에서 발견되는 DHA의 양은 세포가 DHA를 아스코르베이트로 빠르게 환원시키기 때문에 적다.

SVCT는 체내 비타민 C 수송의 주된 시스템이다. 비타민 C를 합성하는 동물(예: 쥐)과 합성하지 않는 동물(예: 사람) 모두 세포 내 아스코르브산 농도는 혈장에서 발견되는 약 50μmol/L보다 훨씬 높게 유지된다. 예를 들어, 뇌하수체와 부신의 아스코르브산 함량은 2,000μmol/L을 초과할 수 있으며, 근육은 200~300μmol/L이다. 아스코르브산의 알려진 보효소 기능에는 이렇게 높은 농도가 필요하지 않으므로, 아직 알려지지 않은 다른 기능이 있을 수 있다. 이러한 높은 농도의 장기 함량의 결과로 혈장 비타민 C는 전신 상태를 나타내는 좋은 지표가 아니며, 비타민 C가 매우 적은 식단을 섭취할 때 결핍 증상이 나타나는 데 필요한 시간이 사람마다 다를 수 있다.

배설(소변을 통해)은 아스코르브산과 대사산물로 이루어진다. 비변화된 아스코르브산으로 배설되는 부분은 섭취량이 증가함에 따라 증가한다. 또한, 아스코르브산은 DHA로 (가역적으로) 전환되고, 그 화합물에서 비가역적으로 2,3-다이케토글루로네이트로, 그리고 옥살레이트로 전환된다. 이 세 가지 대사산물도 소변을 통해 배설된다. 식이 섭취량이 적을 때는 비타민 C가 배설되기보다는 신장에 의해 재흡수된다. 이러한 회수 과정은 결핍의 시작을 지연시킨다. 사람은 기니피그보다 DHA를 아스코르베이트로 전환하는 능력이 뛰어나 비타민 C 결핍이 되는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다.

비타민 C는 체내 소화기관에서 흡수된 후 혈액을 통해 여러 장기로 전달된다.
인체의 경우, 경구 섭취량이 30mg에서 180mg일 때 70~80%가 흡수된다.
다른 연구에서는 비타민 C를 매일 2g 섭취했을 때, 4주차에 1주차보다 혈중 비타민 C 농도가 상승했지만, 그 이후에는 더 이상 혈중 농도의 증가가 없어 포화되었다고 생각되며, 1주차에는 포화되기에는 부족했다고 고찰되었다.

비타민 C 정제를 복용하는 것보다 비타민 C가 함유된 껌을 씹었을 경우, 혈중 비타민 C의 상승이 신속하게 일어나고, 흡수량이 많다는 것을 알 수 있었다. 보충제나 야채 주스는 야채 샐러드에 비해 소변으로의 배출 속도가 빠르며, 식이섬유 등과 함께 섭취하면 체내에 더 오래 머무른다고 한다.
아스코르브산은 소변을 통해 배설된다. 사람의 경우, 비타민 C 섭취량이 적으면 비타민 C를 배설하지 않고 신장에서 재흡수한다. 비타민 C의 혈장 농도가 1.4mg/dL 이상일 때만 재흡수가 저하되어 과잉량이 소변으로 이동한다. 이러한 회수 기전은 비타민 C 결핍을 지연시킨다.

아스코르브산은 데히드로아스코르브산으로 가역적으로 변환되고, 그 화합물에서 비가역적으로 2,3-디케토글루콘산으로 변환된 후 수산으로 변환된다. 이들 세 가지 화합물도 소변을 통해 배설된다. 사람은 기니피그보다 데히드로아스코르브산을 아스코르브산으로 변환하는 능력이 뛰어나기 때문에 비타민 C 결핍을 더욱 지연시킬 수 있다.
세포 내 수송에 대해. 비타민 C는 장관 상부에서 흡수되며, 나트륨 의존성 수송체가 존재하지만, 그 나트륨 의존성 수송체는 포도당 수송체, 특히, 아스코르브산으로 돌아가는 재활용에 필요한 효소 보조인자와 세포 내 항산화 물질을 생성하는 신체의 대부분의 세포에서 비타민 C(그 산화형인 데히드로아스코르브산)의 수송을 담당하는 것이 GLUT1이며, 특수화된 세포 내에 주로 존재한다.

뇌로의 수송에 대해. 뇌는 비타민 C의 최대 농도를 가진 기관 중 하나이지만, 비타민 C는 혈류에서 뇌로의 관문을 통과하지 않는다. 따라서 아스코르브산 대신 데히드로아스코르브산이 GLUT1 수송체를 통해 혈액뇌관문을 통과하여 수송된 후, 아스코르브산으로 전환된다..

미토콘드리아로의 수송에 대해. 비타민 C는 포도당 수송체 GLUT1을 통해 데히드로아스코르브산이 수송되어 환원되고, 자유 라디칼의 대부분이 생성되는 장소인 미토콘드리아에 축적된다. 아스코르브산은 미토콘드리아의 게놈과 막을 보호한다..

7. 생합성

대부분의 동물과 식물은 체내에서 여러 효소를 이용해 단당류로부터 비타민 C를 합성할 수 있다. 식물은 만노스 또는 갈락토스를, 동물은 포도당을 이용하여 비타민 C를 합성한다. 동물의 경우 간에서 아스코르브산을 합성하는 일부 종(포유류와 참새류 포함)에서는 포도당이 글리코젠에서 추출되며, 아스코르브산 합성은 글리코젠 분해에 의존하는 과정이다.

하지만 인간을 포함한 곡비원류 영장류는 생합성 마지막 단계를 촉매하는 효소인 L-굴로노락톤 옥시다제(GULO)가 돌연변이로 인해 기능하지 않아 비타민 C를 합성할 수 없다. 따라서 인간은 비타민 C를 반드시 외부에서 섭취해야 한다.

척추동물에서 아스코르브산 생합성은 UDP-글루쿠론산 형성으로 시작된다. UDP-글루쿠론산은 UDP-글루코스가 UDP-글루코스 6-탈수소효소에 의해 두 번 산화될 때 형성된다. 이후 여러 단계를 거쳐 L-굴론산이 생성되고, 글루코놀락토나제 효소에 의해 락톤이 형성된다. L-굴로노락톤은 L-굴로노락톤 옥시다제 효소와 산소의 반응으로 2-옥소굴로노락톤을 생성하며, 이는 자발적으로 에놀화를 거쳐 아스코르브산이 된다.

파충류와 오래된 종류의 조류는 신장에서, 최근 종류의 조류와 대부분의 포유류는 간에서 아스코르브산을 생성한다. 기니피그와 카피바라를 포함하는 천축쥐과의 일부 종, 그리고 대부분의 박쥐 종에서는 비타민 C 합성이 일어나지 않는다.

식물체 내 아스코르브산 생합성 경로는 다양하며, 주요 경로는 L-갈락토스를 이용하는 것이다. L-갈락토스 탈수소효소는 L-갈락토스를 L-갈락토노-1,4-락톤으로 전환하고, L-갈락토노락톤 탈수소효소는 이를 아스코르브산으로 전환한다. 모든 식물은 아스코르브산을 합성하며, 이는 광합성, 식물 호르몬 합성에 관여하는 효소의 보조 인자, 항산화제 등으로 기능한다.

L-구로노락톤 옥시다제 유전자의 활성은 여러 종의 진화 과정에서 독립적으로 상실되었다. 포유류에서는 기니피그와 영장류의 직비원류가 이 유전자의 활성을 잃었다. 참새목 조류와 박쥐류도 이 유전자의 활성을 잃은 경우가 많다. 영장류에서 이 효소의 활성이 상실된 것은 약 6300만 년 전으로 추정된다.

7.1. 산업적 합성

비타민 C는 두 가지 주요 경로를 통해 포도당으로부터 생산될 수 있다. 1930년대에 개발된 라이히슈타인 공정은 단일 발효에 이어 순수 화학적 경로를 사용했다. 1960년대 중국에서 처음 개발된 현대적인 2단계 발효 공정은 후기 화학 단계의 일부를 대체하기 위해 추가 발효를 사용한다. 라이히슈타인 공정과 현대적인 2단계 발효 공정 모두 포도당을 원료로 사용하여 발효를 통해 소르비톨로, 그리고 소르보스로 전환한다. 2단계 발효 공정은 그 후 또 다른 발효 단계를 통해 소르보스를 2-케토-L-굴론산(KGA)으로 전환하여 추가 중간체를 피한다. 두 공정 모두 포도당 출발점에서 약 60%의 비타민 C를 생성한다.

중국은 세계 비타민 C 생산량의 대부분을 차지한다. 2024년 세계 시장은 14만 1천 톤을 초과할 것으로 예상된다.

8. 건강 영향

비타민 C는 괴혈병 치료에 효과적이다. 제임스 린드는 감귤류 과일이 괴혈병을 예방하고 치료할 수 있음을 발견했다. 알베르트 센트죄르지는 비타민 C 결정을 추출하여 노벨 생리학상을 수상했다. 비타민 C는 결합조직 형성에 필요한 보조 인자로, 혈관, 피부, 인대 등의 생장과 상처 치료에 필수적이다.

비타민 C는 아스코르브산과 그 산화된 형태인 데하이드로아스코르브산을 가리킨다. 아스코르브산은 글루코스와 구조적으로 관련된 약산이다. 혈장 비타민 C 농도는 비타민 C 상태를 측정하는 데 사용되며, 적절한 수치는 약 50 μmol/L이다. 전 세계적으로 비타민 C 결핍은 저소득 및 중간소득 국가에서 흔하며, 고소득 국가에서도 드물지 않다.

성인의 비타민 C 섭취 권장량은 국가별로 다르다. 세계보건기구(WHO)는 하루 45mg 또는 주 300mg을 권장한다. 미국 국립과학원은 남성 하루 90mg, 여성 하루 75mg을 권장한다. 흡연자는 비흡연자보다 더 많은 비타민 C가 필요하다.

비타민 C는 괴혈병 외에도 패혈증, 감기, COVID-19, 암, 심혈관 질환, 고혈압, 당뇨병, 철 결핍, 인지 장애, 안구 질환, 치주 질환 등 여러 질병의 예방 또는 치료와 관련하여 연구가 진행 중이다.

라이너스 폴링은 비타민 C 고용량 섭취를 주장했다. 그는 감기 예방 및 치료, 심혈관 질환 예방, 암 치료 등에 비타민 C가 효과적이라고 주장했다. 그러나 이러한 주장은 논란의 여지가 있으며, 추가적인 연구가 필요하다.

비타민 C는 면역 세포를 활성화하고, 스트레스에 대항하는 호르몬 생성에 관여하며, 발암물질 생성을 억제하고, 콜라겐 섬유 구성에 필요하다.

8.1. 부작용

비타민 C 영양제의 경구 섭취는 흡수율이 낮고, 혈중 과량은 신속하게 소변으로 배설되므로 급성 독성은 낮다. 2000년 미국 국립과학원 의학연구소는 성인의 상한 섭취량(Tolerable upper intake level) (UL)을 2,000mg/일로 설정했다. 그러나 경구 섭취량이 2~3g을 초과하면 메스꺼움, 복통, 설사가 발생할 수 있는데, 이는 흡수되지 않은 비타민 C가 장을 통과하면서 발생하는 삼투압 효과 때문이다.

이론적으로 고용량의 비타민 C 섭취는 철 과다 흡수를 유발할 수 있지만, 건강한 피험자를 대상으로 한 보충제 연구에서는 이러한 문제가 보고되지 않았다. 다만, 유전성 혈색소침착증이 있는 사람들에게는 부정적인 영향을 미칠 가능성이 검증되지 않았다.

주류 의학계에서는 오랫동안 비타민 C가 신장결석 위험을 증가시킨다는 믿음이 있었으나, 관련 보고는 신장 질환이 있는 사람들에게만 국한된다. 한 검토 논문에서는 역학 연구 데이터가 건강한 사람의 신장결석 형성과 과량의 아스코르브산 섭취 사이의 연관성을 뒷받침하지 않는다고 밝혔지만, 다른 대규모 다년간의 시험에서는 비타민 C 보충제를 정기적으로 섭취한 남성에게서 신장결석이 거의 두 배 증가한 것으로 보고되었다.

체내에서 비타민 C의 일부가 수산(シュウ酸)으로 대사된다. 매일 4g을 섭취한 사람에게서 수산염 결정으로 인해 신장이 손상되어 신부전을 일으켰다는 증례 보고가 있으며, 신장 이식을 받은 31세 여성이 매일 2g을 섭취하여 속발성 수산증(続発性シュウ酸症)이 된 사례도 보고되어, 신부전 환자의 비타민 C 대량 섭취에는 주의가 필요하다는 견해도 있다.

9. 문화

세계 대부분의 지역에서는 과일과 채소와 같은 식물성 음식을 통해 자연스럽게 비타민 C를 섭취한다. 그러나 극지방에 사는 이누이트는 식물성 음식을 구하기 어렵기 때문에 사냥한 동물의 부신을 먹어 비타민 C를 보충한다. 동물들은 이누이트와 달리 자체적으로 비타민 C를 합성하여 부신에 저장할 수 있기 때문이다.

유산균은 발효 과정에서 비타민 C를 생성하여, 발효 전의 생우유 등에 비해 비타민 C 농도가 높아진다. 우유에는 비타민 C가 거의 없지만, 우유를 발효시킨 요구르트에는 약간의 비타민 C가 포함되어 있다. 채소나 과일을 섭취할 수 없는 몽골 유목민은 마유를 유산발효시켜 만든 마유주를 대량으로 마심으로써 비타민 C를 보충한다.

많은 식품과 건강기능식품에서 "레몬 몇 개 분의 비타민 C"라는 표현이 사용되지만, 이때 "레몬 1개 분의 비타민 C"는 20mg으로 환산된다. 그러나 실제로는 같은 감귤류인 자몽이나 유자보다 레몬의 비타민 C 함량이 낮다.

10. 연구 방향

비타민 C 섭취량이 많을수록 폐암 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 비타민 C 보충제가 전립선암, 대장암, 유방암 위험을 줄인다는 증거는 없다.

고용량 정맥 비타민 C 투여가 종양 재발, 전이 및 항암제 내성을 유발하는 암 줄기세포를 억제하는 보조 치료법이 될 수 있는지에 대한 연구가 진행되고 있다.

식품을 통한 비타민 C 섭취는 많은 코호트 연구에서 다양한 암 발생률 감소와 관련이 있지만, 비타민 C 보충제는 여러 무작위 대조 시험에서 암 발생률과 무관한 것으로 나타났다.

라이너스 폴링과 캐머런은 1976년 말기 암 환자에게 비타민 C를 정맥 주사한 후 경구 섭취시켰더니 생존 기간이 연장되었다고 보고했다. 1974년 분자교정의학연구소의 캐머런-캠벨 연구팀은 다양한 암 환자에게 비타민 C를 정맥 주사하고 경구 비타민 C를 섭취시킨 결과, 표준 치료법을 보조하는 수단이 될 수 있다고 보고했다. 1985년 메이요 클리닉은 경구 비타민 C를 사용한 위약 대조 무작위 대조 시험을 실시하여 진행성 대장암 환자에게 효과가 없었다고 보고했다. 이후 정맥 주사가 혈중 농도를 높인다는 사실이 밝혀지면서 다시 관심을 받게 되었다.

미국 국립 암 연구소의 공개 정보에 따르면, 정맥 투여는 경구 투여보다 혈중 비타민 C 농도가 높아지고 부작용은 매우 적으며 삶의 질 향상과 암 치료의 부작용을 줄이는 효과가 있다고 한다. 2019년 검토 논문에서는 1980년대부터 2010년대까지 경구 및 정맥 투여를 포함한 총 19건의 시험(증례 보고 등 제외, 위약 대조군이 설정된 것은 4건)에 대해 찬반 양측의 결과가 모두 있었으며, 이들 연구 결과 매우 가벼운 부작용만 있을 뿐 해가 없을 것 같지만, 효과를 뒷받침할 만한 연구는 부족하므로 후속 무작위 대조 시험이 계획되어 있다고 밝혔다.

그 4건의 무작위 대조 시험(RCT)은 다음과 같다.
* 1970년과 1985년 경구 섭취를 통한 연구에서는 효과가 없었다.
* 2014년 연구에서는 비교군의 약 17개월에 비해 비타민 C 정맥 주사군의 생존 기간이 25.5개월로 더 길었으나 유의미하지는 않았다.
* 2018년 연구에서는 고농도 비타민 C 정맥 투여에 의해 완치율 상승 및 생존 기간 연장이 관찰되었다.

Yun J, Mullarky E 등(2015)은 고농도 비타민 C가 암세포의 세포자멸사(아포토시스)를 유발한다는 연구 결과를 발표했지만, 작용 기전이 아직 밝혀지지 않았으므로 임상 적용이 가능한지는 불확실하다.

피부 노화 징후 예방을 위한 비타민 C의 국소 도포에 대한 연구도 진행 중이다. 사람의 피부는 생리적으로 소량의 비타민 C를 함유하고 있으며, 이는 콜라겐 합성을 촉진하고, 콜라겐 분해를 감소시키며, 광발암을 포함한 자외선에 의한 광노화에 대한 항산화 방어를 돕는다. 그러나 이러한 주장은 아직까지의 연구 결과로 뒷받침되지 않으며, 경구 섭취와 달리 국소 치료의 효능은 거의 알려지지 않았다. 국소 비타민 C 도포가 피부 노화를 늦추는 데 효과가 있다는 주장의 기전은 비타민 C가 항산화제로 작용하여 햇빛 노출, 대기 오염 물질 또는 정상적인 신진대사 과정에서 발생하는 자유 라디칼을 중화한다는 것이다. 하지만 임상 시험 문헌은 건강에 대한 주장을 뒷받침하기에 불충분한 것으로 평가된다.

비타민 C 외용은 혈중 비타민 C 농도가 포화되지 않은 사람에게 효과적이라고 생각된다. 비타민 C(아스코르브산)는 pH 3.5 이하로 해야 하며, 활성을 유지하려면 이상적으로는 농도가 8% 이상이어야 하지만, 반대로 농도가 20% 이상이면 피부 자극만 증가하므로 일반적인 제품은 10~20%의 농도를 가진다.

광손상(광노화)된 얼굴 피부를 가진 경증에서 중등도의 19명을 대상으로 한 무작위 대조 시험(RCT)에서 3개월 후 비타민 C 세럼 외용약은 위약보다 주름, 처짐 등을 개선했다. 또 다른 RCT에서 광노화된 50대 여성 20명에게 5% 농도의 비타민 C를 함유한 크림을 6개월간 바른 결과, 깊은 주름이 위약에 비해 크게 감소했다.

이중맹검이 아닌 80명을 대상으로 한 시험에서는 비타민 C 함유 실리콘 젤을 6개월간 사용한 결과, 아시아인의 안면 수술 후 흉터의 융기와 홍반을 감소시키고 멜라닌 색소 지수를 낮추었다.

기미에 대한 RCT에서 4% 농도의 하이드로퀴논은 93%가 좋은 결과를 보였고 부작용은 68.7% 발생했으며, 5% 비타민 C는 좋은 결과 62.5%, 부작용 6.2%로 연구자들은 부작용이 적다는 점을 평가했다. 다른 RCT에서는 기미에 대해 비타민 C 단독보다 비타민 E와 병용하는 것이 효과적이었다. 25% 비타민 C를 사용하여 4개월 만에 기미를 유의미하게 감소시켰다는 비교 대상이 없는 시험도 있다. 이온 도입도 효과적이다.

1% 농도의 비타민 E(α-토코페롤)와 15% 비타민 C는 각각 단독으로도 자외선에 의한 홍반과 일광화상 세포 수를 감소시켰지만, 병용했을 때 효과가 더 좋았다. 페룰산은 비타민 C, 비타민 E의 화학적 안정성을 향상시키고 자외선에 대한 방어력을 수 배로 높인다. 10명을 대상으로 한 무작위 대조 시험에서 비타민 C(15% 농도), 페룰산(2%), 플로레틴을 함유한 외용약을 자외선에 의한 피부 손상에 대비하여 미리 바르면 방어 효과가 있었다. 12명의 중국 여성을 대상으로 비타민 C, 비타민 E, 페룰산으로 구성된 외용약을 바른 부위는 바르지 않은 부위에 비해 광선으로부터 보호되었다.

비타민 C 유도체가 개발되어 아스코르브산(비타민 C)의 불안정한 성질을 개선하거나 보습성을 부여하고 있다.

예방적 비타민 C 치료가 폐렴 예방 또는 치료에 도움이 되는지 여부를 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.