본문에서 멜라토닌은 계절의 낮과 밤의 길이에 따라 주기성이 변화한다고 밝혀졌고, 이를 통해 동물의 일주기 리듬 및 수면이 조절되고, 생식기계 및 심혈관계, 면역체계를 비롯한 신경정신의학적 질환과 관련된 임상적인 분야까지 다양하게 멜라토닌이 영향을 주는 것으로 보고되었다. 동물실험을 통한 연구 결과를 사람에게 적용시키기에는 한계가 있지만, 멜라토닌의 여러 생리적 조절 기능에 대한 이해는 인체의 전체적인 일주기 변화에 대한 적응 기전 및 여러 신체 질환의 발생 기전을 이해하는 데에 중요하다고 볼 수 있으며, 본문에서 다양한 분야에 멜라토닌이 미치는 영향을 서술한다.
<h1>멜라토닌의 생리학적 중요성</h1> <p>여러 동물 연구에서 송과체에서 분비되는 멜라토닌은 계절의 낮과 밤의 길이에 따라 주기성이 변화한다고 밝혀졌고, 이를 통해 동물의 일주기 리듬 및 수면이 조절된다. 이와 더불어 생식기계 및 심혈관계, 면역체계를 비롯한 신경정신의학적 질환과 관련된 임상적인 분야에 이르기까지 멜라토닌이 밀접한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 동물실험을 통한 연구 결과를 사람에게 충분히 적용시키기에는 한계가 있지만 멜라토닌의 여러 생리적 조절 기능에 대한 이해는 인체의 전체적인 일주기 변화에 대한 적응 기전 및 여러 신체 질환의 발생 기전을 이해하는 데에 중요하다고 볼 수 있다.</p> <h2>계절에 따른 주기적 순환</h2> <p>대부분의 척추동물에서 계절 변화에 따른 낮의 길이에 반비례하여 야간의 멜라토닌 분비량은 변화한다. 이러한 멜라토닌 분비 기간은 우리 신체에 광주기에 대한 정보를 주어 앞서 언급하였던 생식기계를 비롯하여 각종 신체 대사 및 생리적 기능에 영향을 주게 된다. 최근 실내 형광등 사용의 증가에 따라 계절에 따른 광주기 기간의 변화가 크지 않았지만, 사람에 있어서 광주기에 대한 반응 능력은 그대로 유지되고 있다. 임의적으로 여름의 광주기 기간을 짧게 하였을 때 멜라토닌 신호의 길이가 늘어났으며, 실험실 내에서 긴 시간의 어둠에 노출시킨 결과 멜라토닌의 생성 양이 늘어난다는 사실이 확인되었다. 이와 더불어, 광주기에 사람이 반응을 한다는 추가적인 증거로 주로 늦은 가을이나 겨울에 우울한 기분이 시작되어 봄과 여름 사이에 자연스럽게 정상화되는 계절 정서 장애(계절 우울증)가 유발된다는 것이 밝혀졌다.</p> <h2>일주기에 따른 신체적인 변화</h2> <p>사람의 수면과 각성은 일정한 주기에 따라 반복을 한다. 멜라토닌은 일주기 리듬을 조절하는 내인성 인자로서 주기를 동기화하고 일정하게 유지하는 역할을 하게 된다. 이러한 일주기 리듬 조절에서 멜라토닌 역할의 증거로 일주기에 따른 신체의 변화를 통해 파악할 수 있는데, 대표적인 예로서 수면 시간 및 체온의 변화를 들 수 있다. 또한 시차증이나 교대 근무를 하는 집단의 \( 25 \% \)에서 일주기 리듬 수면 장애를 겪고 있는데, 이러한 급격한 주야 시간 변화에 따른 신체 주기의 적응에도 멜라토닌이 역할을 한다.</p> <p>멜라토닌과 수면과의 연관성을 밝히기 위한 연구는 다수 시도되었다. 하지만 멜라토닌이 수면의 질에 기여하는 정도나 수면에서 깨어나는 시기의 조절 등 일주기를 조정하고 유지시키는 세부적인 기전에 대해서는 아직 제대로 밝혀지지 않았다. 다만, 몇몇 맹인에 있어서 일주기 리듬은 주야의 순환과는 다른 주기성을 가지는 사실도 알려졌다. 또한 멜라토닌이 수면을 안정화시키는 데에는 기여한다고 밝혀졌으며, 맹인들을 대상으로 한 실험의 일부에서 매일 일정 양의 멜라토닌 투여를 통해 24 시간의 내인성의 멜라토닌 주기가 형성되는 사실이 확인되었다. 일반적으로 멜라토닌은 수면 2 시간 전부터 분비가 증가되기 시작하므로 이를 수면의 시작을 위한 준비 과정으로 판단할 수도 있다.</p> <p>야간의 높은 멜라토닌 농도는 깊은 수면을 유도하나, 농도가 낮아지게 될 경우에는 수면 유지가 힘든 형태의 불면증이 발생하게 된다. 특히, 수면에서 각성으로 가는 시간 및 횟수, 빠른 기상 시간 등이 주로 멜라토닌 생성이 낮아졌을 때 나타나는 일차성 불면증의 증상이라고 알려져 있다. 불면증과 멜라토닌의 연관성에 대한 여러 연구가 시도되어 만성 일차성 불면증 환자를 대상으로 하여 멜라토닌 농도를 측정한 결과, 정상보다 낮은 수치로 측정되어 불면증과 멜라토닌과의 연관성을 유추해 볼 수 있다.</p> <p>또한 멜라토닌의 생성이 증가하면서 야간의 체온 역시 함께 변화하게 되는데, 멜라토닌 생성과 분비의 증가에 따라 정상 야간 중심 체온이 감소하였다. 특히, 수면이 시작되는 시점에서 중심 체온과 피부 온도의 변화가 함께 나타나고, 일반성인을 대상으로 한 야간 멜라토닌의 생성 억제를 통해 중심 체온의 증가를 확인할 수 있었다.</p> <h2>생식기계, 면역계, 순환기계 질환</h2> <p>송과체에 종양이 발생한 후 생식기계의 발달이 변화하는 것에 대한 연구 과정에서 멜라토닌과 생식기계의 연관성에 대한 논의가 시작되었다. 동물 실험을 통해서 멜라토닌 분비의 증가에 따라 생식기의 활성도가 증가한다고 밝혀졌으나, 사람에 있어서의 연관성에 대해서는 아직 논쟁 중이다. 일반적으로 2차 성징 및 사춘기 시기가 시작되면서 멜라토닌이 감소하며, 성조숙증이 있는 환아는 멜라토닌 농도가 상대적으로 낮고 2차 성징이 지연되는 환아에 있어서는 치료 후 멜라토닌의 농도가 낮아졌다. 또한 성선기능저하증 및 불임인 여성, 남성 모두에서 멜라토닌 농도가 높게 나타났다. 하지만 자세한 조절 기전뿐만 아니라 멜라토닌의 사람 생식기 활성에 대한 영향 등은 앞으로도 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다.</p> <p>멜라토닌의 면역 조절 작용에 대한 연구는 멜라토닌의 감소에 의해 비장과 가슴샘의 기능이 억제되어 T 세포 매개 면역 작용이 저하된다는 사실이 발견되면서 시작되었다. 또한, 보조 T 세포 및 IL-2 역시 지속적인 멜라토닌 투여를 통해 증가되었으며, IL-1의 생성 조절 작용에도 멜라토닌이 관여를 하는 것으로 밝혀졌다. 멜라토닌이 면역계에 작용하는 근거로서 림프 기관에서 발견되는 다수의 멜라토닌 수용체를 통해 그 기전을 유추할 수 있다. 이와 더불어 멜라토닌은 이차적으로 면역억제를 유도하게 되는 corticosterone의 작용을 억제하고 활성산소를 감소시키는 항산화 물질로도 그 역할이 알려졌다.</p> <p>순환기계에서 나타나는 일주기 동안의 주기적 변화에 대한 연구는 많이 알려져 있다. 일반적으로 멜라토닌의 분비가 증가하는 야간에는 낮 시간대에 비해 혈압은 낮아지고 심장 박동 수 및 심박출량 역시 감소하나 혈관의 저항은 증가하는 것으로 나타났다. 또한 멜라토닌 농도가 낮아지는 새벽에는 심근 경색 및 뇌 경색의 발생이 증가하는 추세를 보였다.</p> <h2>신경정신의학적 질환</h2> <p>멜라토닌 농도와 정신의학적 질환과의 연관성에 대한 연구는 가장 다양하게 진행 되었다. 여러 연구에서 야간에 멜라토닌 농도가 낮은 경우 기분 부전증 및 우울증의 원인이 된다는 사실이 밝혀졌다. 감정이나 인지 기능에 있어서 정신지체 증상과 멜라토닌의 연관성을 분석한 결과, 일정한 광주기가 유지 되지 않는 집단에서 계절 정서 장애(seasonal affected dis-order; SAD)가 많이 발생한다는 사실이 확인되었다. 또한 이러한 계절 정서 장애의 경우, 멜라토닌의 절대적 양이 아닌 주야의 주기성에 따른 멜라토닌의 리듬적 분비가 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 사실은 아침 시간대에 밝은 빛을 임의로 가하여 야간의 멜라토닌의 양과는 무관하게 멜라토닌의 주기성만을 조절한 연구 결과에서 계절 정서장애 증상이 개선되었다는 점에서 이를 증명할 수 있었다. 반면, monoamine oxidase (MAO) 저해제를 사용하는 우울증 집단에서는 저해제의 투약에 의해 AANAT 활성이 증가하게 되어 긍극적으로 멜라토닌 합성이 증가된다고도 알려졌다. 또한, 정신분열병 역시 멜라토닌의 주기적 분비에 문제가 발생할 경우 호발하는 것으로 밝혀졌다. 뿐만 아니라 수면장애와 피로 등의 우울증 증상을 주로 동반하는 섬유근육통 역시 멜라토닌의 생성이 감소됨으로써 주로 나타난다고 알려졌다. 정신의학적 질환과 더불어 멜라토닌 생성 이상이 신경계에 여러 변화를 야기하여 여러 질환을 유발하게 한다. 위에 언급된 섬유근육통과 같이 나타날 수도 있지만 더 크게는 뇌 내의 기능 변화를 야기하게 된다. 멜라토닌 감소에 의한 뇌실 내 압력의 증가 및 동맥순환계 흐름의 변화가 발생하여 급성 허혈성 경색, 뇌출혈 및 뇌동맥류 파열이 발생하게 된다. 베르니케-코사코프증후군나 알코올에 의한 중추 신경 계통의 손상이 있는 환자 군에서는 야간 멜라토닌 양의 증가가 충분하지 못하였다. 또한, 간질 발작을 하는 환자에게 멜라토닌을 투여하여 멜라토닌의 절대적 양을 증가시킨 결과 간질 발작이 감소하는 양상이 확인되었다. 최근에는 알츠하이머, 특히 노인성 치매의 진행 과정에서 멜라토닌 양이 감소하고 증폭되는 정도와 시점의 변화가 서로 연관성이 있음이 확인되어 멜라토닌을 이용하여 노인성 치매를 치료하는 많은 연구들이 진행되고 있다.</p>