아세틸시스테인
1. 개요
아세틸시스테인은 여러 의학적 용도로 사용되는 약물이다. 파라세타몰(아세트아미노펜) 과다 복용 시 해독제로 사용되며, 점액 용해 작용을 통해 만성 폐쇄성 폐질환, 낭포성 섬유증 등에서 과도한 점액을 제거하는 데 도움을 준다. 또한, 팔라듐 촉매 반응에서 팔라듐 제거, 결핵균 검출을 위한 검체 준비, 인플루엔자 A 바이러스에 대한 항바이러스 효과, 특정 병원균의 생물막 분해 등 연구를 통해 다양한 의학적 용도가 밝혀지고 있다. 부작용으로는 투여 경로에 따라 발진, 두드러기, 메스꺼움 등이 나타날 수 있으며, 장기간 고용량 사용 시 심장 및 폐 손상 가능성이 보고되었다. 아세틸시스테인은 1960년에 특허를 취득하여 사용되었으며, 정신 질환, 신경계 질환, 기타 질환 치료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
| 약물 이름 | 아세틸시스테인 |
|---|---|
| 기타 이름 | N-아세틸시스테인 N-아세틸-L-시스테인 NALC NAC |
| 발음 | (어시틸시스틴) 및 유사 발음 (어세틸-, 애시틸-) |
| 상품명 | ACC 200 아세타도트 (Acetadote) 플루이무실 (Fluimucil) 뮤코미스트 (Mucomyst) 기타 |
|---|---|
| 투여 경로 | 경구 투여 정맥 주사 흡입 |
| ATC 코드 | R05CB01 |
| ATC 추가 코드 | S01XA08 V03AB23 |
| 약동학 | 생체 이용률: 경구 6-10%, 정맥 주사 거의 100% 단백질 결합: 50-83% 대사: 간 반감기: 5.6시간 배설: 신장 (30%), 대변 (3%) |
| 오스트레일리아 | S4 |
|---|---|
| 뉴질랜드 | 처방전 필요 |
| 영국 | POM (처방전용 의약품) |
| 미국 | Rx-only (처방전용) |
| 임신 카테고리 | AU: B2 US: B |
| CAS 등록번호 | 616-91-1 |
|---|---|
| PubChem CID | 12035 |
| DrugBank | DB06151 |
| ChemSpider ID | 11540 |
| UNII | WYQ7N0BPYC |
| KEGG | D00221 |
| ChEBI | 28939 |
| ChEMBL | 600 |
| IUPAC 이름 | (2R)-2-아세트아미도-3-설파닐프로판산 |
| 분자식 | C5H9NO3S |
| 분자량 | 163.195 g/mol |
| SMILES | C/C(=N/[C@@H](CS)C(=O)O)/O |
| StdInChI | 1S/C5H9NO3S/c1-3(7)6-4(2-10)5(8)9/h4,10H,2H2,1H3,(H,6,7)(H,8,9)/t4-/m0/s1 |
| StdInChIKey | PWKSKIMOESPYIA-BYPYZUCNSA-N |
| 녹는점 | 109-110 °C |
| 비선광도 | +5° (c = 3% in water) |
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산화 방지제 -
셀레늄
셀레늄은 육방정계의 회색 형태가 가장 안정적인 비금속 원소로, 생명체의 필수 미량 영양소로서 항산화 효과 및 갑상선 호르몬 대사에 관여하며, 유리 제조, 반도체 등 산업적으로도 활용되지만 과다 섭취 시 독성을 나타낼 수 있다. -
산화 방지제 -
유비퀴논
유비퀴논(CoQ10)은 미토콘드리아 전자 전달계의 주요 구성 요소인 지용성 유기 화합물로, 세포 호흡과 에너지 생산에 필수적이며 항산화 작용을 통해 세포를 보호하고 면역 반응에도 관여한다. -
부형제 -
이산화 규소
이산화규소(SiO₂)는 규소 원자와 산소 원자가 사면체 구조로 결합된 3차원 네트워크 고체 화합물로, 결정질과 비결정질의 다양한 형태로 존재하며, 지구 지각에서 풍부하게 발견되고 산업적으로 널리 사용되지만, 미세 결정질 형태는 건강 문제를 일으킬 수 있다. -
부형제 -
올레산
올레산은 동물성 및 식물성 기름에 널리 분포하는 오메가-9 지방산으로, 다양한 용도로 사용되며 LDL 콜레스테롤 감소 등의 긍정적 효과가 있지만 과다 섭취 시 부작용을 유발할 수 있다. -
싸이올 -
시스테인
시스테인은 설프하이드릴기를 가진 아미노산의 일종으로, 단백질 구성 성분이며 다양한 생물학적 기능을 수행하고 식품, 제약, 퍼스널 케어 산업에서 활용된다. -
싸이올 -
글루타티온
글루타티온은 글루탐산, 시스테인, 글리신으로 구성된 삼펩타이드로, 세포 내 산화 스트레스 척도로 작용하며, 세포 내 티올 환경 유지, 항산화 작용, 독성 물질 배출 등의 기능을 수행한다.
2. 용도
아세틸시스테인은 파라세타몰(아세트아미노펜) 과다 복용 시 해독제로 사용되며, 점액 용해(거담제) 작용을 통해 점액의 점도를 낮춰 호흡기에서 쉽게 배출되도록 돕는다. 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 낭포성 섬유증 등 점액 과다 분비 질환에 유용하다.
또한, 아세틸시스테인은 항산화제로서 산화 스트레스의 부정적 영향을 줄여 다양한 질병 치료에 사용될 가능성이 있어 연구가 진행 중이다.
2.1. 의학적 용도
아세틸시스테인은 파라세타몰(아세트아미노펜) 과다 복용 시 해독 작용을 하며, 점액 용해(거담제) 작용을 통해 점액의 점도를 낮춰 호흡기에서 쉽게 배출되도록 돕는다. 만성 폐쇄성 폐질환, 낭포성 섬유증 등 점액 과다 분비 질환에 유용하다.
2.1.1. 파라세타몰(아세트아미노펜) 과다 복용 해독
파라세타몰(아세트아미노펜) 과다 복용 시, 정맥 및 경구용 아세틸시스테인 제제가 해독제로 사용된다. 파라세타몰 과다 복용은 N-아세틸-p-벤조퀴논 이미노(NAPQI)라는 독성 대사체를 체내에 축적시킨다. 이 독성 대사체는 일반적으로 글루타티온(glutathione)에 의해 접합반응되어 제거되지만, 과량 복용 시에는 글루타티온이 부족하여 NAPQI가 간의 주요 효소와 반응, 간세포를 손상시킨다. 심하면 급성 간부전으로 사망할 수 있다.
아세틸시스테인은 간에서 고갈된 글루타티온 저장량을 보충하거나 유지하고, 파라세타몰의 비독성 대사를 촉진하여 간세포를 NAPQI 독성으로부터 보호한다. 과다 복용 후 8~10시간 이내에 투여하면 간 손상을 예방하거나 줄이는 데 가장 효과적이다. 연구에 따르면 아세틸시스테인을 과다 복용 후 10시간 이내에 투여했을 때 간 독성 발생률은 약 3%이다.
정맥 투여와 경구 투여 모두 효과는 비슷하지만, 경구 투여는 낮은 생체이용률을 극복하기 위해 더 많은 용량이 필요하고, 불쾌한 맛과 냄새, 구역 및 구토 등의 약물 부작용 발생률이 높아 환자들이 복용하기 어려워하는 경우가 많다. 아세틸시스테인의 낮은 생체이용률은 아세틸화(acetylation) 때문이 아니며, 시스테인 전구체와 생체이용률이 동일하다.
정맥 투여 시 3~6%의 환자에게서 심각한 아나필락시스 유사 알레르기 반응(극심한 호흡 곤란(기관지 경련으로 인함), 저혈압, 발진, 혈관부종, 구역 및 구토)이 나타날 수 있다. 반복 투여 시 알레르기 반응은 더욱 악화된다.
일부 연구에 따르면 파라세타몰 혈청 수치가 높지 않은 경우에도 정맥 투여 아세틸시스테인 투여군에서 아나필락시스 유사 반응이 더 자주 발생한다.
2.1.2. 점액 용해 (거담제)
아세틸시스테인은 점액 용해 작용을 나타낸다. 즉, 점액의 점도와 점착성을 감소시킨다. 이러한 치료 효과는 점액단백질 내의 이황화 결합 절단을 통해 달성된다. 이로 인해 점액의 점도가 감소하고 호흡기계에서 점액이 제거되는 것이 용이해진다. 이러한 작용 메커니즘은 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 낭포성 섬유증, 비염 또는 부비동염과 같이 과도하거나 점도가 높은 점액이 특징인 질환에 특히 유익하다. 아세틸시스테인은 티암페니콜이라는 항생제를 포함하는 복합 분자인 티암페니콜 글리시네이트 아세틸시스테인의 일부로 투여될 수 있다.
흡입액은 다음 질환의 거담 작용을 위해 사용된다.
* 만성 기관지염, 폐기종, 폐농양, 폐렴, 기관지확장증, 폐결핵, 낭포성 섬유증, 천식, 상기도염(인두염, 후두염), 수술 후 폐 합병증
다음 검사 및 시술 전후 처치에도 사용된다.
* 기관지 조영술, 기관지경 검사, 폐암 세포진 검사, 기관절개술
2.2. 기타 의학적 용도 (연구 중)
아세틸시스테인은 여러 질환 치료에 사용될 가능성이 있어 연구가 진행 중이다. 이미 파라세타몰 과다 복용 치료제로 승인되었으며, 항산화제로서 산화 스트레스의 부정적 영향을 줄여 다양한 질병 치료에 도움이 될 수 있다.
* 근육 질환: 듀켄형 근이영양증의 mdx 마우스 모델에서 아세틸시스테인을 음용수에 1~2% 섞어 투여했더니 근육 손상이 줄고 근력이 향상되었다.
* 신경계 질환:
* 자폐증과 같은 질환에서 메티오닌 대사 문제로 부족해질 수 있는 시스테인 및 관련 황 함유 아미노산을 보충하는 데 연구되고 있다.
* 동물 연구에서 중등도의 외상성 뇌 또는 척수 손상, 허혈성 뇌 손상과 관련된 손상을 줄이고, 인지 및 신경학적 결과를 개선하는 효과가 나타났다.
* 운베리히트-룬드보르그병 환자 4명을 대상으로 한 공개 시험에서 근간대 감소 및 일부 체성 감각 유발 전위 정상화 효과를 보였다.
* 탈모:
* 국소 미녹시딜 용액과 함께 사용하거나 단독으로 안드로겐성 탈모 치료에 효과를 보였다.
* 마우스 모델 연구에서 항암화학요법으로 유발된 탈모에 대한 효과적이고 안전한 치료 옵션이 될 수 있음을 보여주었다.
* 호흡기 질환: 아스피린 악화성 호흡기 질환 환자에게 도움이 될 수 있다고 제안되었지만, 효과에 대한 증거는 없다.
* 안구 질환:
* 소규모 연구에서 결막염 환자에게 도움이 되는 것으로 나타났다.
* 쇼그렌 증후군으로 인한 안구 통증을 감소시키는 것으로 나타났다.
* 청각 질환: 청력 보호 특성이 있어 난청과 이명 예방에 유용할 수 있다는 연구 결과가 있다. 2011년 연구에서는 N-아세틸시스테인이 충격성 소음과 같은 큰 소음으로 인한 미세 난청으로부터 인간의 달팽이관을 보호할 수 있다고 보고했다. 동물 모델에서는 노화 관련 난청을 감소시켰다.
* 약물 중독: 특정 중독성 약물( 코카인, 헤로인, 알코올, 니코틴 포함) 중독과 관련된 Accumbens 핵(NAcc)의 흥분성 아미노산 수송체 2(EAAT2) 발현 감소를 정상화하여 중독 치료에 보조 요법으로 사용될 수 있다.
* 기타:
* 숙취 증상 감소 효과는 매우 제한적이다.
* 262명의 환자를 대상으로 한 이중맹검 위약 대조 시험에서 인플루엔자 유사 증상의 빈도, 중증도 및 침상 안정 기간을 유의하게 감소시켰다.
* 장기간 케타민 사용으로 인한 방광 및 신장의 부작용을 예방하는 데 효과가 있다고 알려져 있으며, 이를 뒷받침하는 증거가 늘어나고 있다.
* 조영제 유발 신장 질환 예방 효과에 대한 증거는 엇갈린다.
* 시클로포스파마이드 유발 출혈성 방광염에 사용되어 왔지만, 일반적으로 메스나가 선호된다.
* 간 손상에도 사용된다.
* 살균 효과가 있으며, 슈도모나스 에루기노사, 황색포도상구균, 장구균, 클로아카 엔테로박터, 표피포도상구균, 폐렴간균 등 임상적으로 중요한 병원균의 생물막을 분해한다.
* 결핵균 검출을 위한 검체 준비 과정에서 가래 액화 및 탈오염에 사용될 수 있다.
* 인플루엔자 A 바이러스에 대해 상당한 항바이러스 활성을 나타낸다.
2.3. 비의학적 용도
아세틸시스테인은 킬레이트를 통해 팔라듐을 복합체로 만들어 물에 녹게 할 수 있다. 이는 팔라듐 촉매 커플링 반응으로 합성된 약물이나 전구체에서 팔라듐을 제거하는 데 도움이 된다.
3. 약리 작용
(약리 작용 섹션의 내용은 거담 작용, 해독 작용, 기타 약리 작용(연구 중)으로 구성되어 있으며, 하위 섹션에서 이미 상세히 다루고 있으므로, 여기서는 별도의 내용을 추가하지 않는다.)
3.2. 해독 작용
파라세타몰(acetaminophen) 과다 복용 시, 아세틸시스테인은 간에서 고갈된 글루타티온 저장량을 유지하거나 보충하고 파라세타몰의 비독성 대사를 증진시켜 간세포를 N-아세틸-p-벤조퀴논 이미노(N-acetyl-p-benzoquinone imine, NAPQI) 독성으로부터 보호한다. 이러한 해독 작용은 과다 복용 후 8~10시간 이내에 투여했을 때 가장 효과적이다. 연구에 따르면 아세틸시스테인을 과다 복용 후 10시간 이내에 투여했을 때 간 독성 발생률은 약 3%이다.
아세틸시스테인은 생물학적 항산화제인 글루타티온의 전구체인 L-시스테인의 프로드럭 역할을 하여, 아세틸시스테인 투여 시 글루타티온 저장량이 보충된다.
아세트아미노펜 중독에 의한 간 손상이나 신장 손상은 NAPQI가 일으킨다고 여겨진다. 아세틸시스테인은 글루타티온의 전구 물질이며, 글루타티온을 보충한다.
3.3. 기타 약리 작용 (연구 중)
아세틸시스테인은 글루타티온의 전구체이므로, 다음과 같은 수용체 및 신경전달물질 조절에 관여할 수 있다.
* 글루타티온은 산화된 글루타티온(GSSG), S-니트로소글루타티온(GSNO)과 함께 NMDA 및 AMPA 수용체의 글루탐산 인식 부위에 결합하는 내인성 신경조절물질이다.
* 밀리몰 농도에서 NMDA 수용체 복합체의 산화환원 상태를 조절할 수 있다.
* 글루타티온은 다른 흥분성 아미노산 수용체와 다른 이온성 수용체에 결합하여 활성화시키는 '글루타티온 수용체'를 구성하여 신경전달물질이 될 수 있다.
* 글루타티온은 산화환원 부위에서 작용하여 NMDA 수용체를 조절한다.
L-시스테인은 시스테인의 전구체이며, 아교세포의 시스테인-글루탐산 반대수송체의 기질 역할을 한다. 이는 세포 외 공간으로 글루탐산을 방출시키고, 방출된 글루탐산은 mGluR2/3 수용체와, 고용량의 아세틸시스테인에서는 mGluR5 수용체에 작용한다.
아세틸시스테인은 NF-κB 억제 및 사이토카인 합성 조절을 통해 도파민 방출 조절 및 염증성 사이토카인 형성 감소 등 뇌에서 다른 생물학적 기능을 가질 수 있다.
4. 부작용
아세틸시스테인 투여 시 나타나는 부작용은 투여 경로에 따라 다를 수 있다.
* 정맥 투여: 가장 흔하게 보고되는 부작용은 발진, 두드러기, 가려움증이다. 드물게 아나필락시스 유사 반응이 나타날 수 있다.
* 흡입 투여: 메스꺼움, 구토, 구내염, 발열, 콧물, 졸음, 땀, 흉부 압박감, 기관지 수축 등이 나타날 수 있다. 드물지만 일부 환자에게서 예측할 수 없게 기관지 경련이 발생하기도 한다.
* 경구 투여: 메스꺼움, 구토, 발진, 발열 등이 보고되었다.
쥐를 대상으로 한 동물 실험에서 고용량의 아세틸시스테인을 투여했을 때 심장과 폐 손상이 발생할 수 있다는 결과가 나왔다. 연구에 따르면 아세틸시스테인은 SNOAC로 대사되는데, 이는 아세틸시스테인을 투여받은 쥐의 폐와 심장의 우심실에서 혈압을 증가시켰다(폐동맥 고혈압). 이 효과는 산소가 부족한 환경에 3주간 노출된 후 관찰된 효과와 유사하다(만성 저산소증).
사람의 경우 훨씬 낮은 용량(하루 600mg)이 장기간 저산소증 유도를 통해 시험한 저산소증 환기 반응의 노화 관련 감소를 상쇄하는 것으로 관찰되었다.
N-아세틸시스테인을 알코올 섭취 전에 섭취하면 쥐의 간 손상을 예방했지만, 알코올 섭취 4시간 후에 섭취하면 용량 의존적인 방식으로 간 손상을 악화시켰다.
5. 화학적 특성
아세틸시스테인은 상온에서 고체 상태이며, 백색의 결정성 분말 또는 과립으로 나타난다. 일반적인 조건에서는 안정적이지만, 공기 또는 수분에 노출되면 산화되어 이량체 형태인 디아세틸시스테인을 생성할 수 있으며, 이는 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 흡습성이 매우 강해 공기에 노출되면 수분을 흡수한다.
산화되면 순수한 백색이 아닌 연한 노란색을 띤 분말로 나타날 수 있다. 시스테인과 같은 황 함유 아미노산은 다른 아미노산보다 산화되기 쉽다. 공기 또는 수분에 노출되면 아세틸시스테인이 산화되어 약간 황색을 띠게 된다. 30 °C에서 pKa는 9.5이다.
N-아세틸-L-시스테인은 물과 알코올에 용해되지만, 클로로포름과 에테르에는 거의 용해되지 않는다. 물에 매우 잘 용해되어 투명한 용액을 형성하며, 최대 포화 용액의 pH는 일반적으로 6.0~7.5 범위이다. 이는 온도, 화합물의 순도, 다른 이온의 존재 및 아세틸시스테인 자체의 농도에 따라 달라진다. 농도가 높으면 pH가 낮아질 수 있다. 6.0~7.5의 pH 범위는 용액이 너무 산성이거나 너무 알칼리성이 아니도록 하여 다양한 의학적 용도에 적합하다. 아세틸시스테인 수용액은 0.9% 염화나트륨 용액, 5% 및 10% 포도당 용액과 호환성이 우수하다.
건조 분말 형태는 비교적 안정적이며 햇빛에 노출되어도 빠르게 분해되지 않지만, 수용액은 햇빛에 노출되면 분해될 수 있다. 특히 어둡고 서늘한 곳에 보관하지 않을 경우 더욱 그렇다. 또한, 수용액은 가수분해를 일으켜 분자 내 아마이드 결합이 분해될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 적절하게 보관하면 일반적으로 안정적이다. 밀폐된 용기에 넣어 조절된 실온에서 보관하면 안정성을 유지할 수 있다.
7. 사회 및 문화
아세틸시스테인은 1963년에 처음 의약품으로 연구되었다. 아마존은 2021년 미국에서 아세틸시스테인 판매를 중단했는데, 이는 FDA가 아세틸시스테인을 건강기능식품이 아닌 의약품으로 분류했다는 주장 때문이었다. 2022년 4월, FDA는 N-아세틸-L영어-시스테인을 함유한 건강기능식품으로 표시된 제품에 대한 FDA 정책에 관한 초안 지침을 발표했다. 그 후 아마존은 2022년 8월부터 NAC 제품 판매를 재개했다.
8.1. 정신 질환
아세틸시스테인은 양극성 장애, 주요 우울 장애, 조현병, 강박 장애, 약물 중독 등 다양한 정신 질환 치료에 대해 연구되고 있다. 알츠하이머병, 자폐 스펙트럼 장애, 발모광, 피부 뜯기 장애, 진행성 근긴장성 간질 치료에도 잠정적인 근거가 있다. 불안 장애, 주의력 결핍 과잉 행동 장애, 경도 외상성 뇌 손상, 대마 사용 장애에 대한 예비 연구도 진행되었으나, 추가적인 연구가 필요하다.
아세틸시스테인은 글루탐산 신경 전달 조절, 항산화, 항염증 작용 등을 통해 정신 질환 치료에 도움이 될 수 있다는 가설이 제기되고 있다. 특히, 코카인, 헤로인, 알코올, 니코틴 등 중독성 약물 중독은 Accumbens 핵(NAcc)에서 흥분성 아미노산 수송체 2(EAAT2) 발현의 지속적인 감소와 상관관계가 있는데, 아세틸시스테인은 이 영역에서 EAAT2 발현을 정상화하여 재발에 대한 취약성을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
양극성 장애와 관련하여, N-아세틸시스테인은 우울증 에피소드의 증강 전략으로 연구되었으나, 메타 분석 결과 위약보다 우울증 척도 점수를 감소시키는 데에만 효과가 있었고, 반응 및 관해 결과에는 긍정적인 효과가 없어 임상 현장에서의 역할은 제한적이다.
현재까지의 증거는 아세틸시스테인이 도박, 메탐페타민, 니코틴 중독 치료에 효과적이라는 것을 뒷받침하지 않는다.
8.2. 신경계 질환
아세틸시스테인은 알츠하이머병, 외상성 뇌 손상, 척수 손상 등 신경계 질환 치료에 대한 연구가 진행 중이다. 아세틸시스테인은 신경 세포 보호 및 신경 기능 개선 효과를 통해 신경계 질환 치료에 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 보고되고 있다. 동물 연구에서 아세틸시스테인은 중등도의 외상성 뇌 또는 척수 손상과 허혈에 의한 뇌 손상과 관련된 손상을 줄이는 효능이 입증되었다. 특히, 이러한 외상성 사건과 관련된 신경 세포 손실을 줄이고 인지 및 신경학적 결과를 개선하는 것으로 나타났다.
8.3. 기타 질환
아세틸시스테인은 여러 질환 치료에 대한 연구가 진행되고 있다. 듀켄형 근이영양증 마우스 모델 실험에서 아세틸시스테인을 투여했을 때 근육 손상이 줄고 근력이 향상되었다는 결과가 있다. 안드로겐성 탈모 치료에도 긍정적인 효과를 보였으며, 항암화학요법으로 인한 탈모 예방에도 효과가 있을 수 있다는 연구 결과가 있다.
결막염 환자에게 도움이 되며, 쇼그렌 증후군으로 인한 안구 통증을 완화한다는 연구 결과도 있다. 아세틸시스테인은 청력을 보호하고 난청과 이명을 예방하는 데 유용할 수 있다는 연구 결과가 있다. 2011년 연구에서는 큰 소음으로 인한 미세 난청으로부터 달팽이관을 보호할 수 있다고 보고되었다.
운베리히트-룬드보르그병 환자 4명을 대상으로 한 시험에서 아세틸시스테인 치료가 근간대 감소에 효과적이었다는 보고가 있다. 코카인, 헤로인, 알코올, 니코틴 등 특정 중독성 약물 중독 치료에 보조 요법으로 사용될 가능성이 제안되기도 한다.
롱 코비드 환자 8명을 대상으로 한 연구에서 과니파신과 N-아세틸시스테인을 함께 투여했을 때 "뇌 안개" 증상이 완화되었다는 보고가 있다.