<노벨상 수상한 불공정 도핑>
1988년 서울올림픽은 우리나라 사회 및 경제 발전에 큰 영향을 준 국제행사였다. 한마디로 한국이 세계에 인식시키는 계기였다. 그러나 88올림픽에서의 100미터 달리기는 올림픽 역사상 가장 정직하지 못한 경기로 낙인 찍혔다. 우승자 벤 존슨이 가장 빠른 속도(9.79초)로 우승테이프를 끊었지만 2일 후 존슨이 금지된 동화성 합성스테로이드인 ‘스타노졸롤’을 복용했다는 사실이 한국과학기술연구원(KIST)의 도핑컨트롤 센터에서 밝혀냈다.
그는 결국 올림픽메달을 박탈당했다. 후에 8명의 최종 주자 중 약물 복용을 전혀하지 않은 선수는 두 명밖에 되지 않았음이 밝혀지기도 했다. 특히 88올림픽 100미터 달리기에서 준우승(존슨의 자격 상실로 금메달을 받았음)한 칼 루이스도 나중에 기록상승을 위한 약물을 복용했음을 시인했다.
2005년 헬싱키에서 개최된 여자 1,500미터 세계 챔피언십 달리기에서 1〜5등을 차지한 선수 전원이 약물 테스트를 통과하지 못해 전원 2008년 대회 출전권을 박탈당했다. 조사를 통해 과거 동구권, 특히 동독에서 올림픽 및 각종 운동선수들의 기록 향상을 위해 약물을 조직적으로 투여했다는 사실이 알려져 세상을 놀라게 했다. 여기에 주연으로 등장하는 것이 바로 스테로이드이다.
유소년 야구 교실을 운영하던 전직 프로야구 선수가 청소년 선수들에게 불법 스테로이드를 주사한 혐의로 구속돼 파문이 일었다. 여기서 사용된 단백동화 스테로이드는 테스토스테론에서 유래된 합성 물질이다.
그런데 스테로이드는 ‘페니실린’과 마찬가지로 천사의 물질 즉 ‘기적의 약’으로 알려져 그동안 수많은 과학자들이 이의 규명에 열을 낳았고 수많은 사람들이 노벨상을 받았다. 그것은 스테로이드가 바로 인간에게 절대로 필요한 호르몬이기 때문이다. 노벨생리의학상은 호로몬의 전시장이나 마찬가지이므로 스테로이드 자체로 노벨상을 받은 것은 결코 무리한 일이 아니다.
스테로이드가 얼마나 의학계에서 중요하게 생각했느냐는 스테로이드가 관절염에 효과가 있다는 사실을 밝혀낸 미국 의사 필립 헨치는 그 다음 해인 1950년에 노벨 생리의학상을 수상할 정도였다. 노벨상은 대체로 성과가 충분히 검증된 후 즉 어느 정도 시간이 지나야 수상하는데 헨치는 그야말로 총알같이 노벨상을 받았다. 이는 그만큼 스테로이드 호로몬의 중요성 때문이다.
1896년 생인 헨치 박사는 미국 피츠버그에서 태어나 1916년 라파예트대학을 졸업한 후 1920년에 피츠버그대학에서 의학박사 학위를 받았다. 미네소타 의과대학원인 메이요재단의 연구원이 된 그는 1926년 류머티즘 질병 부서의 책임자가 되었다.
부신에는 속 부분인 부신수질과 바깥 부분인 부신피질로 이루어져 있는데 부신 피질 호르몬은 모두 스테로이드계 화합물이다. 과학자들은 부신 피질에서 20종이 넘는 여러 가지 화합물을 추출했는데 이 중 적어도 4가지가 호르몬의 성질을 갖고 있다. 이것들은 화합물 A, B, E, F라는 이름으로 불린다.
화합물 A는 미국의 <메이요진료소>에 근무하는 켄들(Edward Calvin Kendall)에 의해 1944년에 합성되었다. 화합물 E도 합성되었는데 이 물질이 유명한 코르티손이다. 이것은 원래 1930년에 하트만이라는 사람이 피부가 흑갈색으로 변하면서 죽음에 이르는 에디슨병에 걸린 환자라도 송아지의 부신피질 추출물로 목숨을 구할 수 있다는 것을 발견하고 코르틴이라는 이름을 붙인 것을 공업적인 제법으로 생산하여 코리티손이라고 시판한 것이다.
이때 같은 병원에서 만성 류머티즘 관절염 환자들을 20년 동안 꾸준히 치료하던 중 헨치 박사는 의외의 사실을 발견했다. 관절염 환자들이 임신을 하거나 황달에 걸릴 경우 오히려 관절염의 통증이 줄어들거나 심지어 사라진다는 것이다.
황달은 담즙산을 신체 내에 머무르게 하고, 임신을 하게 되면 성호르몬의 분비가 증가된다. 이에 따라 헨치 박사는 관절염이 병원균인 박테리아 감염이 아니라 호르몬과 관련해 유발될지 모른다고 생각했다. 그는 이 증상의 일시적 소실이나 경감에 미지의 물질 X가 관련되어 있다고 믿고 황달과 임신에 관계되는 물질을 조사하였지만 효과를 얻지 못하였다.
그런데 그에게 그야말로 행운이 찾아왔다. 그의 생각을 도와줄 환자 한 명이 입원한 것이다. 류머티즘 관절염을 심하게 앓고 있던 젊은 여성 환자인데 그녀는 헨치에게 자신의 병을 고쳐주지 않으면 병원을 떠나지 않겠다고 고집을 피웠다.
마침 같은 병원에 근무하는 생화학자 에드워드 켄들이 소의 부신에서 분리해낸 ‘화합물 E’을 만들었지만 이를 임상실험에 적용할 환자를 구하지 못하고 있다는 것을 알고 그 물질을 자신에게 달라고 했다.
헨치가 그 물질을 환자에게 투여하자 놀랍게도 그녀는 관절염 통증이 사라져 자유롭게 걸을 수 있을 정도였다. 비록 인슐린이 당뇨를 치료하는 것과 같은 탁월한 효과를 낼 수는 없었지만 코르티손도 류머티즘 환자에게 대단한 효과를 보여 준 것이다. 당시 켄들이 헨치에게 준 화합물 E가 유명한 코르틴으로 헨치와 켄들 등은 코르티손의 만성 류머티즘에 대한 놀라운 효과를 정리해 1949년 4월 논문을 발표했고 그들은 다음 해에 노벨상을 받은 것이다.
사실 부신에서 생산되는 부신피질호르몬인 코르틴을 처음으로 분리한 건 1920년대 말이었다. 켄들 박사는 1934년에 코르틴을 결정 형태로 분리하는 데 성공했다. 그러나 그가 분리한 코르틴은 단일 물질이 아니라 20개 이상의 물질로 된 혼합물이었다.
이후 스위스의 라이히슈타인 박사와 켄들 박사는 코르틴을 구성하는 물질의 기능을 밝혀냈고, 그런 과정에서 찾아낸 것이 바로 화합물 E로 알려진 코르티손이다. 이 공로를 인정받아 필립 헨치와 켄들, 라이히슈타인 박사는 1950년 노벨 생리의학상 수상자로 결정됐다.
이 내용만 보면 켄들 박사와 라이히슈타인 박사는 매우 오랫동안 호르몬에 대해 연구를 하고 있었는데 헨치의 발견으로 곧바로 노벨상을 받았다 볼 수 있다.
한편 스위스의 라이히슈타인(Tadeus Reichstein)은 부신피질 호르몬의 경쟁에 가장 늦게 뛰어 들었으나 26종이나 되는 화합물을 추출하였고 그 중 11가지 화합물의 구조를 규명했다. 가장 활성이 강한 코티손의 구조도 이 속에 포함된다. 부신피질에서 나오는 스테로이드에 대한 연구의 광범위한 효과로 이들 세 명이 노벨상을 받은 것이다.
여기에서 중요한 것은 노벨상이라 해서 순수 학문상의 업적만을 평가하는 것은 아님을 알 수 있다. 특히 노벨 생리․의학상인 경우에는 그렇다. 부신피질 호르몬인 코르틴이 효과가 있다는 것은 1930년대에 이미 하트만이 그 원인을 제공했지만 켄들은 그들의 이론을 토대로 실용적으로 광범위하게 활용될 수 있는 마법의 고약 코르티손이라는 실용적인 약품을 만든 사람이다.
반면 헨치는 이를 류머티즘 환자에게 투입하여 부신 피질 호르몬의 성능을 입증한 사람이며 실제로 코티손의 구조를 규명한 것은 라이히슈타인이다. 세 명의 연구는 원리적인 면만 아니라 실용적인 측면도 인정되어 노벨상을 수상한 것이다.
이런 면을 볼 때 노벨상 수상에는 인류에게 어느 만큼 직접적으로 공헌하는가 하는 척도가 매우 중요하게 작용한다. 인간에게 가장 중요한 영향을 미치는 발견이나 발명은 비록 우연이나 실수로 얻어진 것이라고도 곧바로 인정받을 수 있다는 것이다.
스테로이드 중에서 인간이나 동물의 심장근육에 강력한 작용을 하는 것을 카르디악 액티브(cardiac active) 또는 카르디오토닉 프린시플(cardiotonic principles)라고 한다. 이런 효과를 갖는 심장 글리코사이드는 식물의 씨앗, 잎, 줄기, 뿌리, 나무껍질에서 극소량 발견된다. 이러한 식물들은 아포시내세아(Apocynaceae), 스크로풀라리아(Scrophulariae), 리리아세(Liliacea), 모라세아(Moraceae) 등으로 주로 아프리카와 남미 지역에 서식하고 있다.
일반에게 잘 알려진 테스토스테론이 아나볼릭 스테로이드다. 아나볼릭스테로이드란 근육 발달을 촉진하는 스테로이드를 의미한다. 근육발달을 촉진하고 은육 퇴화를 초래하는 상처나 질병에 대처하기 위해 테스토스테론과 유사한 분자구조를 가진 인공 테스토스테론류가 개발되었는데 이 약들은 처방대로만 복용하면 남성화 효과를 최소화하면서 근육 재생을 돕는다. 하지만 운동선수들이 근육을 키우려고 규정치보다 10배나 20배를 사용할 때 순간적인 에너지 폭발력을 얻을 수 있어 경기력 향상에 도움이 되지만 장기 복용의 경우 치명상을 입는다는 점이다.
스테로이드류 오용으로 초래되는 수많은 부작용은 우선 간암과 심장병 발병 확률과 공격성이 높아지고 여드름이 심해지며 불임이 되거나 고환이 오르러드는 것 등이다. 그러므로 올림픽과 같은 스포츠를 비롯하여 대부분의 운동선수들을 대상으로 철저한 도핑 테스트를 하는 것이다.
<호르몬은 노벨상의 보고>
스테로이드의 사용에 대해 좀 더 설명한다.
인간이 심장 글리코사이드를 사용한 것은 생각보다 오래되었다. 로마와 이집트에서는 심장 글리코사이드를 포함하고 있는 식물을 약으로 사용하였다는 기록이 있고 중국에서도 구조적으로 심장 글리코사이드와 관련된 물질을 많이 포함하고 있는 두꺼비의 피부분비물을 약제로 사용했다는 기록이 있다.
심장 글리코사이드의 심장에 대한 탁월한 효과는 심장 글리코사이드의 심장근육에 대한 특정한 친화력에 기인한다. 심장 글리코사이드를 정맥주사로 투여할 때 심장 조직에 의해 흡수되는 양이 다른 조직이나 기관에 의해 흡수되는 양의 10～40배에 달한다. 반면에 일부 스테로이드들은 이처럼 심장에 고착되는 성질이 부족하여 단지 일시적인 효과만을 갖고 있으므로 치료약으로는 사용되지 않는다. 이것은 스포츠계에서 스테로이드 물질을 사용하지 못하도록 금지하는 커다란 이유가 된다. 도핑 테스트는 스테로이드 물질의 남용을 막는 것으로 결국 인간을 위한 것이다.
한편 동물의 피부 색소 침착에 영향을 주는 색세포 자극 호르몬이 뇌하수체 호르몬에서 검출되었고 젖 분비 촉진 호르몬도 발견되었다. 임신 후에 필요한 여러 활동을 자극하는데 어린 암쥐에게 이 호르몬을 주사하면 새끼를 낳지 않아도 보금자리를 만드느라 분주히 움직인다. 한편 새끼를 낳기 직전에 뇌하수체를 제거하면 새끼 쥐에게 전혀 관심을 보이지 않는다.
체세포 자극 호르몬도 발견되었다. 이 호르몬은 생장 호르몬이라고도 불리는데 이 호르몬을 만들지 못하면 난쟁이가 되고 너무 많이 생산되면 거인이 된다. 사람이 완전히 성숙했는데도 생장 호르몬이 과다 분비되면 손이나 발, 턱 등의 말단 부위가 기묘하게 커지는 말단 거대 증상을 보인다.
이와 같이 인체 내에서 많은 호르몬이 존재한다는 것을 알아내자 학자들은 다양한 호르몬을 무엇이 조절하는가에 주목하였다. 호르몬은 일단 분비된 후 혈액에 의해 표적기관으로 운반되어 적절한 농도가 될 때까지 모여야 한다. 그러나 신경 작용은 매우 빠르다. 이와 같이 느린 조절과 빠른 조절은 다양한 상황에 처해있는 신체에 모두 필요하지만 그 메커니즘이 밝혀지지 않고 있었다.
거의 모든 내분비선을 조절하는 뇌하수체는 뇌에 매우 가까이 있어 뇌의 한 부분처럼 보이는데 영국의 해리스는 뇌하수체의 시상하부에서 호르몬이 생산된 다음 혈액을 통해 직접 뇌하수체로 운반될 것이라고 제안했다. 그의 가설은 정확하였고 뒤에 이 호르몬이 발견되었다. 이 호르몬을 ‘분비 인자’라고 명명했는데 이것이 뇌하수체 전엽에서 분비되는 갖가지 호르몬의 생성을 유발하므로 신경계는 어느 정도까지 호르몬계를 조절한다고 추측할 수 있다.
하지만 아직 완전하게 호르몬의 조절 작용이 규명된 것은 아니다. 뇌는 단순히 신경 세포가 복잡하게 연결된 스위치 박스가 아니라 여러 가지 복잡한 작용이 시행되는 매우 분화된 화학 공장이다. 그러므로 뇌에 대한 연구가 보다 본격적으로 이루어지면 이런 작용에 대한 정확한 연구 결과가 나올 것이고 그것이 노벨상으로 이어질 것임은 의심할 여지가 없다.
스웨덴의 생리학자 오일러(Ulf von Euler)는 전립선에서 지용성 물질을 분리했는데 이 물질은 적은 양으로 혈압을 낮추고 특정 민무늬 근육을 수축시킨다. 이 물질은 모두 불포화 지방산으로 형성되어 있으며 전립선에서 나왔다고 해서 ‘프로스타글란딘’이란 이름으로 불린다. 오일러는 1929년에 알코올 발효에 관한 연구 업적으로 노벨 화학상을 받은 오일러-켈핀의 아들로 1970년도 노벨 생리․의학상을 받았다.
1960년 인산기에서 아데닐산과 같은 뉴클레오티드가 발견되었다. 발견자인 서덜렌드 2세(Earl W. Sutherland Jr.)는 이 물질을 ‘환상 AMP'라 불렀는데 이것이 여러 가지 다른 효소와 함께 세포 대사에 중요한 영향을 미치고 있다는 것도 확인되었다. 즉 호르몬의 활동은 환상 AMP를 형성하도록 하는 아데닐사이클라아제를 활성화시킨다는 것이다. 그는 이 연구로 1971년에 노벨 생리․의학상을 받았다. 그의 수상 연구 제목은 ‘호르몬 작용의 메커니즘에 관한 연구’이다.
호르몬이 어떻게 작용하는가도 학자들의 주 관심사이다. 현재까지는 호르몬이 효소와 같은 방식으로 작용하지 않으며 호르몬이 직접 특정 반응을 촉매하는 것도 아니다라는 것은 알려졌다. 현재로서는 호르몬 자신이 효소가 아니라 효소에 영향을 준다는 것이 지배적인 생각이다.
학자들은 호르몬에는 그 호르몬의 각각 작용을 조절하는 여러 가지 호르몬이 있다고 추정하지만 그에 대한 정확한 결론은 아무 것도 없다. 호르몬 연구는 또한 무궁무진한 산업화 가능성 때문에 생명공학으로 황금을 노리는 현대 연금술사들의 표적이다.
사이토카인이라 불리는 면역-조절계를 조절하는 인터페론이나 인터루킨의 여러 종양괴사인자, 백혈구집락자극인자(granulocyte colovy stimylation factor, G-CSF)는 벌써 수많은 벤처회사들을 돈방석에 앉혔다고 이홍규박사는 적었다.
많은 사람들이 고민하는 것은 자신의 키가 왜 다른 사람보다 작으냐이다. 키는 두개골 척추골과 다리의 성장의 결과이다. 그중 척추골과 다리의 성장이 키의 성장에 결정적인 요인이 된다. 골단(骨端)에 있는 성장판에서 연골이 형성된 후 뼈가 생성돼 키가 자라게 된다.
키의 성장에 영향을 주는 요인은 상당히 많다. 우선 인종, 민족, 가계에 따라 차이가 나며 사회․경제적 여건, 영양상태, 심리상태에 따라서도 다르다. 호르몬 중에서 성장호르몬(hGH, human growth hormone)은 말 그대로 개체의 성장을 촉진하는 호르몬을 가르키며 뇌에 있는 뇌하수체(pituitary gland)에서 분비된다. 또한 이것은 뇌 깊숙이 있는 시상하부(hypothalamus)에 있는 성장호르몬유리인자(GHRF, Growth Hormone-reteasing Factor)라는 물질의 자극을 받아 나오는데 이 성장 호르몬 유리인자는 잠을 잘 때 많이 나온다. 과거에 어른들이 ‘아이들은 잘 때 쑥쑥 키 크는 소리가 들린다’라고 했는데 결코 틀린 이야기가 아니다.
일반적으로 성장 호르몬(human growth hormone)은 성장기와 20대 초반에 최고 수치를 기록한 다음 10년마다 14퍼센트씩 감소한다. 또한 성장 호르몬은 요추골의 골밀도와 근육을 증가시키는 작용도 하므로 성장 호르몬이 부족하면 피부가 얇아지고 근육이 감소하며 심장과 폐, 신장 기능이 저하되고 콜레스테롤 수치가 증가한다. 그런데 이들 현상은 사람들이 소위 ‘노화’라 부르는 것과 일치한다.
학자들이 착안하는 것은 바로 이것이다. 중년의 성인들에게 성장 호르몬을 투여한 결과 임상 실험 결과 노화 지연에 상당한 효과를 보인다고 보고되었다. 의약회사에서 이 결과에 고무되어 성장호르몬을 즉시 판매하기 시작했는데 이것은 미국 식품의약청(FDA)의 사용 승인을 받은 최초의 공식 호르몬 치료제이다.
그런데 초기의 성장 호르몬은 천연호르몬으로 가격이 매우 비싸서 아무나 구입할 수 있는 것이 아니었는데 유전공학의 발달로 1979년 대장균에서 성장호르몬을 생산할 수 있게 되었다. 사람의 성장호르몬보다 메틸오닐기가 하나 더 붙어 있는 합성 성장호르몬이 개발된 것으로 성장호르몬 결핍증에 의한 왜소증은 어느 정도 치료가 가능하다. 물론 김덕희 박사는 나이가 많아 골막이 닫혔을 경우는 효과가 거의 없으므로 여자는 14세, 남자는 15세가 지나기 전에 치료를 추천한다.
여하튼 호르몬을 연구하는 보다 큰 매력은 노벨상을 받을 수 있는 확률이 매우 높다는 것이다. 현재도 수많은 과학자들이 새로운 호르몬을 발견하여 그 연구 결과에 의해 노벨상 수상자가 될 것으로 생각하고 호르몬의 정체 규명에 앞장서고 있다.
코르티손으로 대표되는 스테로이드는 염증을 가라앉히는 효과와 항알레르기 효과가 매우 뛰어나다. 때문에 관절염뿐만 아니라 천식, 아토피성피부염, 건선 등 다양한 만성질환의 치료에 널리 사용되고 있다.
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