프로스타글란딘
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1. 개요
프로스타글란딘은 1930년대에 발견된 생리 활성 물질로, 정액에서 처음 분리되었다가 이후 다양한 조직에서 생성됨이 밝혀졌다. 화학 구조는 프로스탄산을 기본 골격으로 하며, 작용기 및 이중 결합 유무에 따라 여러 종류로 나뉜다. 프로스타글란딘은 세포 내 아라키돈산으로부터 합성되며, 사이클로옥시게나제(COX)와 같은 효소의 작용을 받는다. 다양한 수용체에 결합하여 체온 조절, 자궁 수축, 혈소판 응집 등 광범위한 생리적 영향을 미친다. 프로스타글란딘 억제제는 소염 진통제로 사용되며, 합성 프로스타글란딘은 분만 유도, 동맥관 개존 유지, 녹내장 치료 등 다양한 임상적 목적으로 활용된다.
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고리형 산소화효소(COX)는 프로스타글란딘과 트롬복산 합성에 관여하는 효소로 COX-1, COX-2, COX-3의 세 종류가 존재하며, 비스테로이드성 소염제(NSAIDs)에 의해 억제되어 염증, 통증, 발열 완화에 기여하지만 부작용의 위험이 있다. - 프로스타글란딘 - 프로스타글란딘 F2α
프로스타글란딘 F2α는 프로스타글란딘 F2α 수용체에 결합하여 생리 작용을 하는 프로스타글란딘의 일종으로, 황체 퇴행 촉진, 분만 유도, 녹내장 치료 등에 활용된다.
프로스타글란딘 | |
---|---|
일반 정보 | |
명칭 | 프로스타글란딘 |
다른 명칭 | PG 프로스탄산 유도체 |
구조 | |
기본 구조 | 20개의 탄소 원자를 가진 불포화 지방산 |
모체 화합물 | 프로스탄산 |
주요 종류 | PGA PGE PGF PGI |
생화학 | |
전구체 | 아라키돈산 디호모-γ-리놀렌산 에이코사펜타엔산 |
합성 효소 | 프로스타글란딘 합성효소 프로스타사이클린 합성효소 트롬복산 합성효소 |
수용체 | DP EP FP IP TP |
기능 | |
주요 기능 | 염증 반응 조절 혈관 확장 및 수축 혈소판 응집 조절 자궁 수축 발열 통증 |
관련 질병 | 염증 혈전증 생리통 관절염 |
약리학 | |
관련 약물 | NSAIDs COX-2 억제제 미소프로스톨 라타노프로스트 |
2. 발견
1930년에 Kurzrock과 Lieb은 인간 정액이 분리된 인간 자궁 조각에 자극 또는 이완을 유발한다는 것을 발견하면서 프로스타글란딘에 대한 체계적인 연구가 시작되었다. 그들은 성공적인 임신을 겪은 환자의 자궁은 액체에 이완 반응을 보인 반면, 불임 여성의 자궁은 수축 반응을 보였다는 것을 언급했다.[4] 1933년에는 Maurice Walter Goldblatt|모리스 월터 골드블라트영어가 사람의 정액 내에서, 1934년에는 울프 스반테 폰 오일러가 양의 정낭선에서 평활근을 수축시키는 생리 활성 물질이 포함되어 있음을 발견했으며, 1936년에 처음으로 정액에서 분리되었다.[35] 울프 폰 오일러는 1935년에 프로스타글란딘이 처음 정액에서 분리되었을 때 '프로스타글란딘'이라는 이름을 선택했으며,[5] 모리스 월터 골드블라트(1895–1967)도 독립적으로 같은 이름을 선택했다.[6][7][8] 당시에는 전립선 유래라고 생각하여 프로스타글란딘이라고 명명되었다.[35]
프로스타글란딘은 인간의 다양한 조직과 기관에서 유래된다.[35] 먼저 포스포리파제 A2에 의해 세포질 내로 아라키돈산이 유리된다. 아라키돈산은 사이클로옥시게나제(COX)나 리폭시게나제 경로를 통해 프로스타글란딘, 트롬복산, 류코트리엔 등으로 합성된다. 1969년 코리가 프로스타글란딘류의 합성을 완료했다.
프로스타글란딘은 전립선 분비물의 일부라고 여겨졌지만, 결국 정낭에서 생성된다는 사실이 밝혀졌다. 이후, 다른 많은 조직에서도 프로스타글란딘을 분비하며 다양한 기능을 수행한다는 것이 밝혀졌다. 엘리아스 제임스 코리는 1969년에 프로스타글란딘 F2α와 프로스타글란딘 E2의 첫 번째 총합성을 보고했으며,[9] 이 업적으로 1989년 일본상을 수상했다. 1971년에는 아스피린과 같은 약물이 프로스타글란딘의 합성을 억제할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 생화학자 수네 K. 베르그스트룀, 벵트 I. 사무엘손, 존 R. 베인은 프로스타글란딘에 대한 연구로 1982년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.
3. 화학 구조
프로스타글란딘(PG)류의 화학 구조는 모두 프로스탄산을 공통적인 기본 골격으로 가지며, 5원환 부분에 결합하는 작용기나 이중 결합의 유무에 따라 A-J군으로 나뉜다. 측쇄 부분의 이중 결합 수에 따라 1-3군으로 구분되며, 이러한 조합에 의해 프로스타글란딘의 명명이 이루어진다. 예를 들어 PGE1은 5원환 부분의 9위에 옥소기와 11위에 하이드록실기를 가지고, 측쇄 부분의 13위에 이중 결합을 하나 가진다.
4. 합성
프로스타글란딘 F2α와 E2의 최초 합성 경로는 디엘스-알더 반응을 포함한다.[32]
4. 1. 사이클로옥시게나제 (COX)
포스포리파제 A2에 의해 세포질 내로 아라키돈산이 유리된다. 아라키돈산에 사이클로옥시게나제(COX)가 작용하면 아라키돈산 캐스케이드에 들어가 프로스타글란딘 G2 (PGG2)가 합성되고, 그 후 프로스타글란딘 또는 트롬복산 계열이 합성된다.
사이클로옥시게나제(COX-1 및 COX-2)와 말단 프로스타글란딘 합성효소에 의해 아라키돈산이 순차적으로 산소화된 후에 프로스타글란딘이 생성된다. 고전적인 통념은 다음과 같다.
그러나 COX-1과 COX-2는 모두 혈관, 위, 신장에 위치하지만, 프로스타글란딘 수치는 염증 및 인간 발달 시나리오에서 COX-2에 의해 증가한다.
NSAID는 사이클로옥시게나제 활성을 억제하여 아라키돈산으로부터의 PGH2 합성을 억제하고 프로스타글란딘과 트롬복산 합성을 억제한다. 아스피린의 항염증 작용은 프로스타글란딘의 생합성 억제 기능에 의한 것이다.[35]
4. 2. 프로스타글란딘 합성 효소
프로스타글란딘은 지방산인 아라키돈산으로부터 합성되며, 거의 모든 유핵 세포에서 생합성된다.[2] 혈소판, 내피, 자궁, 비만 세포에 작용하는 자가분비 및 측분비 지질 매개체이다.
아라키돈산은 디아실글리세롤로부터 포스포리파제-A2를 통해 생성된 다음, 사이클로옥시게나제 경로 또는 리폭시게나제 경로로 이동한다. 사이클로옥시게나제 경로는 트롬복산, 프로스타사이클린 및 프로스타글란딘 D, E, F를 생성한다. 백혈구와 대식세포에서 리폭시게나제 효소 경로는 활성화되어 류코트리엔을 합성한다.
프로스타글란딘 E2 (PGE2)는 가장 풍부한 프로스타글란딘이며, 프로스타글란딘 H2 (PGH2)에 대한 프로스타글란딘 E 신타아제의 작용으로 생성된다. 여러 프로스타글란딘 E 신타아제가 확인되었으며, 이 중 미세소체 프로스타글란딘 E 신타아제-1 (미소프로스톨)이 PGE2 형성에 핵심 효소로 작용한다.
말단 프로스타글란딘 합성효소는 다른 프로스타글란딘의 형성을 담당한다. 예를 들어, 조혈 및 리포칼린 프로스타글란딘 D 합성효소 (hPGDS 및 lPGDS)는 PGH2로부터 PGD2를 생성한다. 프로스타사이클린(PGI2) 합성효소(PGIS)는 PGH2를 PGI2로 전환시키며, 트롬복산 합성효소(TxAS)도 확인되었다.
프로스타글란딘-F 합성효소 (PGFS)는 NADPH의 존재 하에 PGD2로부터 9α,11β-PGF2α,β를, PGH2로부터 PGF2α를 촉매한다.[11]
포스포리파제 A2에 의해 세포질 내로 아라키돈산이 유리되면, 아라키돈산에 사이클로옥시게나제(COX)가 작용하여 아라키돈산 캐스케이드에 들어가 프로스타글란딘 G2 (PGG2)가 합성된 후 프로스타글란딘 또는 트롬복산 계열이 합성된다. 아라키돈산에 리폭시게나제가 작용하면 류코트리엔 합성 계열에 들어가 류코트리엔이 합성된다.
NSAID는 사이클로옥시게나제 활성을 억제하여 아라키돈산으로부터의 PGH2 합성을 억제하고 프로스타글란딘과 트롬복산 합성을 억제한다. 아스피린은 COX-2의 생성을 비가역적으로 차단함으로써 프로스타글란딘의 생합성을 감소시킨다.
5. 프로스타글란딘의 종류와 주요 작용
프로스타글란딘은 다양한 조직과 기관에서 생성되며, 그 종류에 따라 각기 다른 기능을 수행한다. 1930년, Kurzrock과 Lieb는 인간 정액이 자궁을 자극하거나 이완시키는 것을 발견하면서 프로스타글란딘에 대한 연구가 시작되었다.[4] 1935년, 울프 폰 오일러와 모리스 월터 골드블라트는 정액에서 프로스타글란딘을 분리하고, 처음에는 전립선에서 유래한다고 생각했으나, 이후 정낭에서 생성된다는 것이 밝혀졌다.[5][6][7][8]
프로스타글란딘은 아라키돈산으로부터 합성된다. 세포막에서 인지질이 분해되어 생성된 아라키돈산에 사이클로옥시게나제2(COX-2)가 작용하면 프로스타글란딘 G2(PGG2)가 합성되고, 이후 여러 종류의 프로스타글란딘 또는 트롬복산이 만들어진다. 아라키돈산에 리폭시게나제가 작용하면 류코트리엔이 합성된다. Elias James Corey는 1969년에 프로스타글란딘 F2α와 프로스타글란딘 E2를 합성하는데 성공했다.[9] 아스피린과 같은 NSAIDs는 COX-2의 작용을 억제하여 프로스타글란딘의 생성을 줄인다.
주요 프로스타글란딘의 종류와 기능은 다음과 같다.
- PGA, PGB, PGC: 혈압 강하 작용
- PGD2: 혈소판 응집, 수면 유도
- PGE1: 동맥관 개존
- PGE2: 평활근 수축, 말초 혈관 확장, 발열, 통각 전달, 뼈 생성 및 흡수
- PGF2α: 황체 퇴행, 평활근(자궁, 기관지, 혈관) 수축. 축산업에서 번식에 이용됨.
- PGG: 혈압 강하, 혈소판 응집
- PGH2: 혈소판 응집
- PGI2: 혈관 확장, 혈소판 합성 억제
- PGJ: 항종양 작용
프로스타글란딘은 에이코사노이드 호르몬 생성, 시상하부의 체온 조절 중추에 작용하여 발열 유발, 금붕어의 짝짓기 행동 증가, 자궁 수축 유발, 위장관 점막 보호 등의 다양한 기능을 수행한다.[13][14][15][16][17][18]
5. 1. 수용체
현재까지 알려진 프로스타글란딘 수용체는 다양한 세포 유형에 10가지가 있다. 프로스타글란딘은 세포 표면의 7개의 막 횡단 수용체인 G 단백질 연결 수용체의 하위 계열에 결합한다. 이러한 수용체는 DP1-2, EP1-4, FP, IP1-2, TP로 명명되며, 해당하는 프로스타글란딘에 결합하는 수용체에 해당한다(예: DP1-2 수용체는 PGD2에 결합).[13]수용체의 다양성은 프로스타글란딘이 다양한 세포에 작용하며 광범위한 영향을 미친다는 것을 의미한다.
프로스타글란딘 | 수용체 | 작용 |
---|---|---|
PGA | 혈압 강하 | |
PGB | 혈압 강하 | |
PGC | 혈압 강하 | |
PGD2 | PDD 수용체 | 혈소판 응집, 수면 유도 |
PGE1 | 동맥관 개존 | |
PGE2 | EP1 | 평활근 수축 |
PGE2 | EP2 | 말초 혈관 확장 |
PGE2 | EP3 | 발열, 통각 전달 |
PGE2 | EP4 | 골 생성, 골 흡수 |
PGF2α | FP 수용체 | 황체 퇴행, 평활근 (자궁, 기관지, 혈관) 수축 |
PGG | 혈압 강하, 혈소판 응집, 안압 강하 | |
PGH2 | 혈소판 응집 | |
PGI2 | IP 수용체 | 혈관 확장, 혈소판 합성 억제 |
PGJ | 항종양 작용 |
6. 약리학적 응용
프로스타글란딘은 약리학적으로 다양하게 응용된다. 크게 프로스타글란딘 억제제와 임상적 이용으로 나눌 수 있다.
프로스타글란딘 억제제로는 비스테로이드성 소염 진통제(NSAID)와 COX-2 선택적 억제제가 대표적이다. 이들은 사이클로옥시게네이스를 억제하여 프로스타글란딘 합성을 줄인다. 코르티코스테로이드는 인산화효소 A2 생성을 억제하여 비슷한 효과를 낸다. 사이클로펜텐온 프로스타글란딘이나 비타민 D3, 비타민 K2도 염증 억제에 기여할 수 있다.
임상적으로는 분만이나 유산 유도에 PGE2나 PGF2가 사용된다. (미소프로스톨, 미페프리스톤과 함께 쓰이거나 단독으로 쓰인다.) 특정 청색증 심장 질환 신생아의 동맥관 폐쇄 방지에는 PGE1이 사용된다. 심한 레이노 증후군이나 사지 허혈에는 혈관 확장제로, 폐 고혈압 치료에도 쓰인다. 녹내장 치료에는 비마토프로스트 점안액 같은 PGF2α 유사체가 사용된다. 발기 부전 치료나 음경 재활에는 PGE1 (알프로스타딜)이 사용되며,[29] 임상 환경에서 발기된 음경 크기 측정에도 쓰인다.[30] 작은 새의 난각 폐색 치료에도 사용된다.[31]
6. 1. 프로스타글란딘 억제제
프로스타글란딘은 인체의 다양한 조직이나 기관에서 유래된다. 먼저 포스포리파아제A2에 의해 세포질에 아라키돈산이 유리된다. 아라키돈산에 사이클로옥시게나제2(COX-2)가 작용하면 아라키돈산 케스케이드에 들어가 프로스타글란딘G2(PGG2)가 합성된 후 프로스타글란딘 또는 트롬복산 족이 합성된다. 아라키돈산에 리포키시게나제가 작용하면 류코트리엔 합성 계에 들어가 류코트리엔이 합성된다. PGG2로부터 프로스타글란딘 또는 트롬복산이 합성된다.NSAIDs는 콕스 활동을 억제하고 아라키돈산에서 PGH2 합성을 억제하여 프로스타글란딘과 트롬복산 합성을 억제한다. 아스피린은 COX-2의 생성을 비가역적으로 차단함으로써 프로스타글란딘의 생합성을 감소시킨다.[25][26][27]
프로스타글란딘 길항제의 예시는 다음과 같다.
- 비스테로이드성 소염 진통제(NSAID)(사이클로옥시게네이스 억제)와 COX-2 선택적 억제제 또는 콕시브
- 코르티코스테로이드(인산화효소 A2 생성 억제)
- 사이클로펜텐온 프로스타글란딘은 염증 억제에 역할을 할 수 있다.
- 비타민 D3 및 비타민 K2
6. 2. 임상적 이용
- 분만 유도 또는 유산 유도에 PGE2 또는 PGF2가 사용된다. (미소프로스톨, 미페프리스톤과 함께 사용되거나 단독으로 사용된다. 미페프리스톤은 프로게스테론 길항제이다.)[28]
- 특정 청색증 심장 질환을 가진 신생아에서 동맥관 폐쇄를 방지하기 위해 PGE1이 사용된다.
- 심한 레이노 증후군 또는 사지 허혈에서 혈관 확장제로 사용된다.
- 폐 고혈압 치료에 사용된다.
- 녹내장 치료에 사용된다. (예: 비마토프로스트 점안액, 안압 강하 활성을 가진 합성 프로스타미드 유사체) (PGF2α)
- 발기 부전 치료 또는 수술 후 음경 재활에 PGE1이 사용된다. (알프로스타딜)[29]
- 임상 환경에서 발기된 음경 크기 측정에 사용된다.[30]
- 작은 새의 난각 폐색 치료에 사용된다.[31]
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