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베타-카로틴

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목차

1. 개요

베타-카로틴은 가장 잘 알려진 프로비타민 A 카로티노이드로, 체내에서 비타민 A로 전환될 수 있다. 소장에서 흡수되며, 효소에 의해 비타민 A로 분해된다. 식품, 보충제 형태로 섭취 가능하며, 과다 섭취 시 피부가 주황색으로 변하는 카로테노더미아가 나타날 수 있다. 흡연자의 경우 폐암 발생 가능성을 높일 수 있으며, 황반변성, 백내장 등 다양한 질병과의 연관성에 대한 연구가 진행되고 있다.

2. 프로비타민 A 활성

β-카로틴은 프로비타민 A 카로티노이드 중 가장 잘 알려져 있으며, α-카로틴, β-크립토잔틴 또한 프로비타민 A 활성을 갖는다.[8] 이들 카로티노이드는 소장의 십이지장에서 흡수된다.[65][66] β-카로틴 한 분자는 장 효소인 β,β-카로틴 15,15'-일산소화효소에 의해 두 분자의 비타민 A로 분해될 수 있다.[8][14][15]

β-카로틴은 당근[48], 고구마, 망고, 호박, 파파야와 같은 노란색이나 주황색 과일 및 뿌리채소에 많이 함유되어 있다. 시금치, 케일 등에도 함유되어 있지만, 클로로필 때문에 녹색으로 보인다.

3. 흡수, 대사 및 배설

식품 속의 카로티노이드는 소화 과정을 거쳐 식물 세포로부터 분리되고 지질 함유 미셀에 통합되어 장세포에 흡수될 수 있는 형태로 전환된다.[76] 기름에 용해된 형태 (예: 식이 보충제 캡슐)는 식품에 비해 생체 이용률이 더 높다.[76] β-카로틴은 막 수송체 단백질인 스캐빈저 수용체 클래스 B, 1형(SCARB1)에 의해 장세포에 흡수된다.[76] 흡수된 β-카로틴은 그 자체로 킬로미크론에 통합되거나, 먼저 레티날로 전환된 다음 레티놀 결합 단백질 2에 결합된 레티놀로 전환된 후 킬로미크론에 통합된다.[76]

β-카로틴 15,15'-이산소화효소(BC01)는 β-카로틴 분자 하나를 두 분자의 레티날로 전환한다.[76] 혈장 레티놀 수치가 정상 범위에 있으면 SCARB1 및 BC01의 유전자 발현이 억제되어 β-카로틴 흡수 및 전환을 조절하는 피드백 루프가 생성된다.[76] 킬로미크론의 대부분은 간에서 흡수된 다음 혈액으로 분비되어 저밀도 지질단백질(LDL)로 재포장된다.[76] 간을 우회하는 순환하는 지질단백질과 킬로미크론으로부터 β-카로틴은 수용체 SCARB1을 통해 세포로 흡수된다.[76]

사람에서 조직에 따라 SCARB1의 발현이 달라지기 때문에 조직별로 β-카로틴의 함량이 다르다. ng/g으로 표기된 함수 중량의 예는 다음과 같다.[76]

조직함량 (ng/g)
간479
폐226
전립선163
피부26



흡수된 β-카로틴은 주로 BC01에 의해 레티날의 전구체로 사용된다.[67][68] 적은 양은 β-카로틴 9',10'-이산소화효소(BC02)에 의해서도 대사될 수 있다.[67][68] 이 비대칭 절단의 산물은 두 개의 β-이오논 분자와 로사플루엔이다. BC02는 카로티노이드의 과도한 축적을 방지하는 데 관여하는 것으로 보인다.[67][68]

4. 변환 계수

β-카로틴은 레티놀 활성 등가물(RAE) 또는 국제 단위(IU)를 사용하여 비타민 A 섭취량을 계산할 수 있다.[8] 2001년부터 미국 의학 연구소는 영양소 섭취기준에 대해 RAE를 사용한다.[69]

4. 1. 레티놀 활성 등가물 (RAE)

레티놀 활성 등가물(RAE)은 카로티노이드의 다양한 흡수와 사람에 의한 비타민 A로의 전환을 이전 레티놀 등가물(RE)보다 더 잘 고려하여 대체한다.[69] 레티놀 등가물(RE)은 1967년에 국제 연합/세계 보건 기구(WHO/FAO)에 의해 개발되었다.[70]

2001년 이후 미국 의학 연구소는 식이 섭취 기준에 레티놀 활성 등가물(RAE)을 사용하고 있으며, 이는 다음과 같이 정의된다.[8][18]

  • 1 µg RAE = 음식 또는 보충제로부터의 1 µg 레티놀
  • 1 µg RAE = 보충제로부터의 2 µg 모든 *트랜스*-β-카로틴
  • 1 µg RAE = 음식으로부터의 12 µg 모든 *트랜스*-β-카로틴
  • 1 µg RAE = 음식으로부터의 24 µg α-카로틴 또는 β-크립토잔틴


RAE는 카로티노이드의 가변적인 흡수와 인간에 의한 비타민 A로의 전환을 더 잘 고려하며, 이전의 레티놀 등가물(RE)을 대체한다 (1 µg RE = 1 µg 레티놀, 6 µg β-카로틴, 또는 12 µg α-카로틴 또는 β-크립토잔틴).[18]

비타민 A 활성의 또 다른 오래된 단위는 국제 단위(IU)이다.[8] 레티놀 등가물과 마찬가지로, 국제 단위는 카로티노이드의 가변적인 흡수와 사람에 의한 비타민 A로의 전환을 고려하지 않으며, 더 현대적인 레티놀 활성 등가물도 고려하지 않는다. 식품 및 보충제 라벨은 여전히 일반적으로 IU를 사용하지만, IU는 다음과 같이 더 유용한 레티놀 활성 등가물로 변환할 수 있다:[18]

  • 1 µg RAE = 3.33 IU 레티놀
  • 1 IU 레티놀 = 0.3 μg RAE
  • 보충제에서 1 IU β-카로틴 = 0.3 μg RAE
  • 식품에서 1 IU β-카로틴 = 0.05 μg RAE
  • 식품에서 1 IU α-카로틴 또는 β-크립토잔틴 = 0.025 μg RAE

4. 2. 국제 단위 (IU)

비타민 A 활성의 오래된 단위는 국제 단위(IU)이다.[69] 레티놀 등가물(RE)과 마찬가지로, 국제 단위는 카로티노이드의 다양한 흡수 및 사람에 의한 비타민 A로의 전환을 고려하지 않는다. 식품 및 보충제 라벨은 일반적으로 여전히 IU를 사용하지만, IU는 다음과 같이 더 유용한 레티놀 활성 등가물(RAE)로 변환될 수 있다.[69]

  • 1 µg RAE = 3.33 IU 레티놀
  • 1 IU 레티놀 = 0.3 μg RAE
  • 보충제로부터 얻은 1 IU의 β-카로틴 = 0.3 μg RAE
  • 음식으로부터 얻은 1 IU의 β-카로틴 = 0.05 μg RAE
  • 음식으로부터 얻은 1 IU α-카로틴 또는 β-크립토잔틴 = 0.025 μg RAE

5. 식이 공급원

미국, 캐나다 및 일부 유럽 국가에 거주하는 500,000명의 여성을 대상으로 한 종합 분석에서 추정된 β-카로틴의 일일 평균 섭취량은 2~7 mg이다.[71] β-카로틴은 많은 식품에서 발견되며 식이 보충제로 판매된다. β-카로틴은 다양한 과일과 채소의 주황색에 기여한다. 캔털루프, 망고, 호박, 파파야와 같은 노란색 및 주황색 과일과 당근, 고구마와 같은 주황색 뿌리채소에는 β-카로틴이 풍부하며, 특히 베트남의 걱(gac, ''Momordica cochinchinensis'' Spreng.)과 정제하지 않은 팜유가 특히 풍부한 공급원이며, 멜론, 망고, 호박, 파파야와 같은 노란색 및 오렌지색 과일과 당근, 고구마와 같은 오렌지색 뿌리채소도 해당된다.[72] [8]

β-카로틴의 색은 시금치, 케일, 고구마 잎, 단호박류의 잎과 같은 녹색 잎 채소에 있는 엽록소에 의해 가려진다.[72] 예를 들어 베트남의 걱과 팜유는 알려진 식물성 공급원 중에 가장 높은 함량의 β-카로틴을 가지고 있으며, 이는 당근의 10배에 달한다. 그러나 걱은 동남아시아 밖에서는 매우 드물고 잘 알려져 있지 않으며 팜유는 일반적으로 색상과 선명도를 개선하기 위해 판매되기 전에 카로티노이드를 제거한다.[73]

미국 농무부는 β-카로틴 함량이 높은 식품들을 목록화했다.[74]

식품β-카로틴 (mg/100 g)
껍질을 벗기고 삶은 고구마9.4
당근 주스9.3
당근, 생것 또는 삶은 것9.2
케일, 삶은 것8.8
호박, 통조림6.9
시금치, 통조림5.9



기름에 볶으면 흡수율이 높아진다.

6. 부작용

카로테노데르마(카로틴혈증)은 식이 카로티노이드의 과잉 섭취로 인해 피부의 가장 바깥층이 오렌지색으로 변색되는 양성적이고 가역적인 의학적 상태이다.[8] 이는 높은 혈중 β-카로틴 수치와 관련이 있으며, β-카로틴 식이 보충제로도 같은 효과를 낼 수 있다. 변색은 손바닥과 발바닥에 주로 나타나지만, 눈의 흰자위에는 나타나지 않아 황달과 구별된다. 장기간 30mg/일 이상 섭취하면 카로틴혈증을 유발한다.[23][26]

β-카로틴은 암 억제 효과가 기대되어 건강 보조 식품 등으로 판매되었지만, 흡연자의 경우 폐암 위험을 높인다는 보고가 있다.[49] 그러나 건강한 사람에게는 발암성이 높아지지 않으며, 이는 100% all-trans형 합성 보조 식품에 의한 결과이고 채소 등에 의한 실험 결과는 아니다.[50]

암 발생률 및 사망률과의 관련성에 대해서는 긍정적 결과와 부정적 결과가 모두 존재한다.[51]

β-카로틴이 포함된 갓이나 파프리카를 기름으로 볶으면 흡수가 높아지며, 생강이 들어간 폰즈간장을 곁들이면 대사가 좋아진다.[52]

6. 1. 카로틴축적증 (카로테노데르마)

과도한 β-카로틴 섭취는 주로 신체의 지방 조직에 저장된다. 과도한 β-카로틴 섭취의 가장 흔한 부작용은 카로티노이드가 피부의 가장 바깥쪽 층인 각질층에 침착되어 발생하며, 눈에 띄는 주황색 색조를 띄는 카로틴축적증(카로테노데르마)이다.[75][76] 카로틴축적증은 카로틴혈증이라고도 하며, 겉으로 보기에 해가 없고 섭취 중단시 가역적인 의학적 상태이다.[8]

카로틴축적증은 높은 혈중 β-카로틴 수치와 관련이 있다. 당근, 당근 주스, 감귤 주스, 망고 또는 아프리카의 붉은 야자유와 같이 β-카로틴이 풍부한 식품을 한두 달 섭취하거나, β-카로틴 식이 보충제를 섭취하면 발생할 수 있다. 변색은 손바닥과 발바닥에서도 나타나지만, 황달과 구별되는 점은 눈의 흰자위에는 나타나지 않는다는 것이다. 카로틴축적증은 β-카로틴의 과도한 섭취를 중단하면 다시 정상 상태로 돌아오는 가역적인 증상이다.[77] 장기간 β-카로틴을 하루에 30mg 이상 섭취하면 카로틴축적증을 유발하는 것으로 확인되었다.[76][78]

6. 2. 비타민 A 과다증 위험 없음

β-카로틴은 체내에서 흡수 및 전환 조절 기전을 통해 비타민 A 과다증을 유발하지 않는다.[76]

장세포의 세포벽에서 β-카로틴은 막 수송체 단백질인 스캐빈저 수용체 클래스 B, 1형(SCARB1)에 의해 흡수된다. 흡수된 β-카로틴은 킬로미크론에 통합되거나, 레티날로 전환된 후 레티놀 결합 단백질 2에 결합된 레티놀로 전환되어 킬로미크론에 통합된다. β-카로틴 1분자는 BCO1 유전자에 의해 암호화되는 β-카로틴 15,15'-이산소화효소에 의해 2분자의 레티날로 전환된다. 혈장 레티놀이 정상 범위에 있으면 SCARB1 및 BCO1의 유전자 발현이 억제되어 흡수 및 전환을 억제하는 피드백 루프가 생성된다. 이러한 기전으로 인해 다량의 β-카로틴을 섭취해도 비타민 A 과다증이 발생하지 않는다.[23]

6. 3. 약물 상호작용

β-카로틴은 콜레스테롤을 낮추는 데 사용되는 약물과 상호작용할 수 있다. 이들을 함께 복용하면 이러한 약물의 효과가 낮아질 수 있으며 중간 정도의 상호작용으로만 간주된다.[79] 담즙산 격리제와 양성자 펌프 저해제는 β-카로틴의 흡수를 감소시킬 수 있다.[80] β-카로틴과 함께 알코올을 섭취하면 레티놀로 전환되는 능력이 감소하여 간독성을 유발할 수 있다.[81]

6. 4. 흡연자의 폐암 위험 증가

만성적인 고용량의 β-카로틴 보충은 흡연자의 폐암 발생 가능성을 높인다.[82] 이 효과는 담배 연기에 노출된 사람에게 고용량(30mg) β-카로틴을 보충했을 때와 달리, 생리적 용량(6mg)에서는 폐 손상이 발견되지 않았기 때문에 보충 용량에 따라 다르게 나타난다.[83]

폐암 증가는 β-카로틴의 산화 경향 때문일 수 있으며,[84] 고용량에서 암을 유발하는 것으로 의심되는 β-카로틴 분해 생성물은 트랜스-β-아포-8'-카로텐알(일반적인 아포카로텐알)이다.[85]

또한 고용량의 β-카로틴 보충은 흡연자나 석면에 많이 노출된 이력이 있는 사람에게서 전립선암, 뇌출혈, 심혈관 및 전체 사망 위험을 높일 수 있다.[86]

7. 연구

의료 당국은 일반적으로 식이 보충제가 아닌 음식에서 β-카로틴을 섭취할 것을 권장한다.[87] β-카로틴의 최소 섭취량이 사람 건강에 필요한지, 섭취 부족으로 인해 어떤 문제가 발생하는지 밝히기 위한 연구는 불충분하다.[88]

7. 1. 황반변성

β-카로틴은 사람의 망막 색소 상피에서 확인된다.[76] 연령 관련 황반변성(AMD)은 노인에서 비가역적인 실명의 주요 원인으로, 황반에 영향을 미치는 산화 스트레스, 망막 질환으로 중심 시력의 점진적인 상실을 유발한다.[89] β-카로틴과 연령 관련 황반변성(AMD)의 관련성에 대한 연구는 혼재된 결과를 보인다. 일부 보고에서는 β-카로틴 함량이 높은 식단이 연령 관련 황반변성 위험 감소와 관련이 있다고 보고한 반면, 다른 연구에서는 이점이 없다고 보고했다.[90] β-카로틴 보충제만으로는 연령 관련 황반변성 발병 위험에 변화가 없다고 보고했다.[90][91]

7. 2. 암

β-카로틴 보충제는 전반적인 암 위험을 감소시키지 않는 것으로 나타났다.[92] [8] [40] 메타 분석 결과, β-카로틴 보충제는 췌장암, 결장직장암, 전립선암, 유방암, 흑색종, 피부암 등 특정 암 발생 위험도 줄이지 못했다.[92] [8] [40]

만성적인 고용량의 β-카로틴 보충은 흡연자에게서 폐암 발생 가능성을 증가시킨다.[82] [8] [29] [49] 이는 β-카로틴이 담배 연기에 노출된 폐에서 불안정해져 발암 물질 생체활성 효소를 유도하는 산화된 대사산물을 생성하기 때문일 수 있다.[94] 고용량(30mg)의 β-카로틴은 생리적 용량(6mg)과 달리 폐 손상을 유발할 수 있다.[83] [8] [30] 폐암 증가는 β-카로틴의 산화 경향과 관련이 있을 수 있으며,[84] [31] 고용량에서 암을 유발하는 것으로 의심되는 β-카로틴 분해 생성물은 트랜스-β-아포-8'-카로텐알(일반적인 아포카로텐알)이다.[85]

또한, 고용량의 β-카로틴 보충제는 흡연 여부와 관계없이 전립선암, 뇌내출혈, 심혈관 질환 및 전체 사망률의 위험을 증가시킬 수 있다.[86] [8] [9]

갑상선암에 대한 β-카로틴의 영향은 명확하지 않다.[95] [42] 1989년에 발표된 소규모 임상 연구에서는 천연 β-카로틴이 전암성 위 병변을 감소시키는 것으로 나타났다.[88]

의료 당국은 일반적으로 식이 보충제가 아닌 음식으로부터 β-카로틴을 섭취할 것을 권장한다.[87]

7. 3. 백내장

의료 당국은 일반적으로 식이 보충제가 아닌 음식으로부터 β-카로틴을 섭취할 것을 권장한다.[87] 코크란 리뷰에서는 β-카로틴, 비타민 C, 비타민 E를 단독으로 또는 함께 보충했을 때 백내장 위험, 백내장 적출, 백내장 진행 및 시력 감퇴 억제에 미치는 영향을 조사했다. 이 연구에서는 β-카로틴 보충제가 노화 관련 백내장 예방 및 억제에 어떠한 보호 효과를 제공한다는 증거를 찾지 못했다.[96] 두 번째 메타 분석에서는 식이 섭취로 얻은 혈청 β-카로틴을 측정한 연구 데이터를 종합하여 백내장 위험이 통계적으로 유의하지 않은 10% 감소했다고 보고했다.[97]

7. 4. 식품 건조

카로티노이드 함유 식품은 건조 과정에서 이성질화 및 산화 반응을 겪으며 열분해되어 변색될 수 있다.[98][45]

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