소개
이전 파트에서는 펩타이드와 단백질이 특히 노화 방지 활동으로 인해 흥미로운 화장품 성분이라는 점을 강조했습니다. 이미 수많은 펩타이드 기반 화장품 원료가 시중에 나와 있으며, 더 많은 원료가 지속적으로 연구되고 있습니다.
지금까지 이러한 성분에 대한 규제는 주로 원산지(인간 세포 및 기타 유기체에서 합성 또는 추출한 것이 아닌지 여부) 및 마케팅 문구와 관련이 있습니다. 대부분의 경우 이러한 주장은 경솔한 것이 아니라 뚜렷한 생리적 활동과 균형을 이루며 종종 조사해야 하는 부작용을 동반합니다. 이 부분에서는 화장품 원료 및 제품에 새로운 펩타이드와 단백질을 개발하거나 사용할 때 인체 건강에 대한 위험을 제한하기 위한 몇 가지 일반화된 규칙과 함께 펩타이드와 단백질의 안전성 측면에 대해 설명합니다.
차세대 성분과 이전 세대 성분 비교
펩타이드와 단백질은 잠재적인 생체 활성으로 인해 수년 동안 집중적인 의학 연구의 대상이 되어 왔습니다. 따라서 그 특성과 안전성에 관한 측면을 도출하고 화학적으로 정의된 저분자와 비교할 수 있습니다. 수십 년 동안 사용된 많은 성분이 화학적으로 정의된 저분자(나이아신아마이드, 레티놀 등)인 반면, 차세대 펩타이드와 단백질(성장 인자, 콜라겐 서브유닛 등)이라는 점에서 화장품과도 유사합니다.
표 1: 저분자와 펩타이드 및 단백질의 프로파일 비교
위에서 볼 수 있듯이 펩타이드와 단백질은 저분자에 비해 안전성 프로파일을 개선하는 데 도움이 되는 여러 가지 고유한 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 제약 연구에 따르면 펩타이드 및 단백질 의약품은 기존의 저분자 의약품보다 안전성 프로파일이 더 우수하고 내약성이 더 우수한 것으로 나타났습니다. 이는 빠른 신진대사와 안정성 저하로 인해 생체이용률이 감소하는 동시에 표적을 벗어난 효과가 적기 때문입니다.
화장품 범위에서 이러한 생체 이용률 감소는 안전성에 대한 위험 감소로 이어집니다. 이에 대한 근거는 독성학의 핵심 교리입니다: “용량이 독을 만든다”는 독성학의 대부로 여겨지는 파라셀수스 1500의 말입니다. 저분자에 비해 펩타이드 및 단백질의 독성 감소에 도움이 되는 특성은 독성 평가지표별로 아래에 설명되어 있으며, 이러한 평가지표 중 다수는 모든 성분에 대한 독성 평가의 기초를 형성합니다.
흡수, 분포, 대사 및 배설
흡수, 분포, 대사 및 배설(또는 ADME)은 외인성 물질에 대한 노출을 정의하는 주요 과정입니다. 화장품을 고려할 때, 화장품은 일반적으로 피부에 바르고 피부는 실제로 외부 물질에 대한 중요한 장벽이라는 점을 고려할 때 이는 주로 피부 흡수에 의해 발생합니다.
피부는 다양한 층으로 구성되어 있으며, 가장 위에 있는 각질층은 단단하게 밀집된 각질 세포로 이루어져 있어 크고 친수성 물질의 침입을 막는 중요한 장벽 역할을 합니다.
펩타이드는 일반적으로 분자량이 높거나 매우 높으며 일반적으로 생리적 pH에서 하전되어 친수성을 띠기 때문에 수동적인 피부 투과성이 떨어집니다. 또한 펩타이드에는 수소 결합 도너 및 억셉터 그룹으로서 여러 개의 아미드 결합이 포함되어 있어 피부 확산에 영향을 미칠 수 있습니다.
고려해야 할 또 다른 측면은 피부의 신진대사와 단백질 분해 활동이 펩타이드의 경피 전달에 잠재적으로 중요할 수 있다는 것입니다. 피부에는 간과 같은 다른 조직에서 발견되는 것과 비슷한 효소 시스템이 포함되어 있습니다. 데아미나제, 에스테라아제, 아미노펩티다제와 같은 내인성 효소는 피부의 모든 구획에서 발견되며 이러한 펩타이드와 단백질이 처음에 각질층을 통과할 수 있다고 가정하면 전신 순환에 들어가기 전에 빠른 대사에 기여하는 것으로 추정됩니다.
따라서 피부는 이러한 분자의 크기와 피부의 대사 능력에 따라 펩타이드와 단백질에 대한 중요한 장벽 역할을 하므로 전신 노출이 제한됩니다. 이를 가장 잘 보여주는 예는 아마도 5개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드임에도 불구하고 털이 없는 생쥐 피부의 수용체액이나 피부층(각질층, 표피, 진피)에 존재하지 않는 것으로 밝혀진 펜타펩타이드-4(KTTKS)의 경우일 것입니다(Choi et al., 2014).
광독성
광독성 가능성은 인실리코 파라미터를 기반으로 확인할 수 있습니다. 우선 소멸 계수(물질이 빛을 흡수하는 능력)는 잠재적 위험성을 나타내는 지표로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 소멸 계수가 1,000 L mol-1 cm-1 미만인 물질은 광흡수율이 낮아 유해할 가능성이 낮으므로 광독성 위험이 적은 것으로 간주됩니다(Henry et al., 2009). 이 의견은 IHC(국제조화회의, 2013)와 유럽의약품청(유럽의약품청, 2011)에서도 공유되고 있습니다.
특히 펩타이드와 단백질의 경우, 빛을 흡수하는 것으로 알려진 아미노산인 티로신, 트립토판, 시스테인 잔류물의 존재를 기반으로 소멸 계수를 예측할 수 있는 웹 기반 도구가 많이 있습니다. 따라서 티로신, 트립토판, 시스테인 잔류물을 제한하면 단백질 또는 펩타이드의 소멸 계수를 근본적으로 제한하여 광독성 위험을 줄일 수 있습니다.
유전 독성
일반적으로 펩타이드와 단백질은 잠재적으로 유전 독성이 있을 것으로 예상되지 않습니다. ICH(국제의약품규제조화위원회)는 가이드라인 중 하나(ICH S6(R1))에서 “이러한 물질(펩타이드/단백질)이 DNA 또는 기타 염색체 물질과 직접 상호작용할 것으로 예상되지 않는다“고 명시하고 있습니다(국제조화회의, 2011). 이는 78개의 단백질을 대상으로 유전독성을 테스트한 다른 연구에서도 확인되었는데, 단 4개만이 재현 가능한 유전독성 효과를 유발하는 것으로 나타났습니다.
이 펩타이드 중 하나의 활성은 링커 분자에 기인한 반면, 나머지 3개의 펩타이드는 잠재적인 효소/호르몬 활성을 제외하고는 명확한 근거를 확립할 수 없었습니다. 실제로 ‘평균적인’ 단백질의 경우 친수성 반응은 상상하기 어렵다는 결론이 내려졌습니다(Gocke et al., 1999).
그럼에도 불구하고 일부 시약은 유전 독성이 있을 수 있으므로 이러한 펩티드와 단백질 생산에 사용되는 생산 공정에 상당한 주의를 기울여야 하며, 잠재적인 부산물이 원료로 이월되는 것을 제한하기 위해 생산 공정에 정제 단계를 통합해야 한다는 것을 보여줍니다.
민감성
화장품에 대한 가장 중요한 민감성 피부염 유형은 4형 민감성 피부염으로 분류되며 대부분 T세포와 관련된 접촉성 피부염입니다. 일반적으로 피부 민감제는 시스테인 및 라이신 단위와 같은 단백질의 친핵성 그룹과 반응할 수 있는 친유전성 물질로 알려져 있습니다.
또 다른 중요한 메커니즘은 자유 라디칼 반응에 기반합니다(Roberts et al., 2012). 조사 대상 펩타이드에서는 두 가지 유형의 반응이 모두 발생하지 않을 가능성이 높고 해당 화합물의 흡수율이 낮을 것으로 예상되므로 피부 민감성 위험은 낮은 것으로 간주됩니다.
그러나 식품에 존재하는 많은 단백질과 펩타이드가 알레르기 유발 물질로도 작용한다는 점을 고려할 때 화장품에 사용되는 단백질과 펩타이드는 이러한 유형의 알레르기 유발성에 대해 평가할 필요가 있습니다. 특히 알레르기 및 아나필락시스와 같은 즉각적인 과민증은 접촉성 피부염과는 다른 메커니즘을 수반합니다.
1형 감작에서 이펙터 세포는 대부분 비만 세포 및 IgE 항체와 같은 항체 생산 세포입니다. 그러나 가수 분해 된 밀 단백질에 대한 SCCS 및 CIR의 과학적 의견에서 분자량이 3.5 kDa 미만인 펩타이드는 감작 능력이 낮다는 것이 분명해졌습니다 (SCCS, 2014). 따라서 1형 감작 반응이 일어나려면 알레르겐이 두 개의 IgE 항체와 결합해야 합니다. 따라서 알레르겐은 최소 15개 아미노산 길이의 IgE 결합 부위를 각각 2개 이상 포함해야 합니다. 이는 단백질 알레르겐의 최소 크기가 약 30개의 아미노산이라는 것을 의미합니다(Huby, 2000).
인체 건강에 대한 잠재적 위험
위에서 설명한 내용을 바탕으로 펩타이드와 단백질에는 중요한 독성학적 프로필이 없다고 생각할 수 있지만, 이는 잘못된 생각입니다. 실제로 펩타이드와 단백질은 생체이용률과 과장된 약리작용으로 인해 인체 건강에 해로울 수 있습니다. 예를 들어, 수용체와 효소 형태의 단백질은 정상적인 신체 기능을 촉진하는 기능 단위로 간주됩니다. 신호 분자를 포함하는 펩타이드도 마찬가지입니다. 따라서 활동량 증가 또는 감소로 인해 항상성의 불균형이 발생하면 부작용이 발생할 수 있습니다. 그러나 현재의 안전성 테스트 방식으로는 이러한 ‘과장된 약리학적’ 현상을 식별하는 것이 쉽지 않습니다.
단백질과 펩타이드의 특성상 일련의 생물학적 사건이 연쇄적으로 발생하여 부작용을 일으킬 수 있으므로, 인체 건강에 대한 잠재적 위해성을 파악하려면 총체적인 접근 방식이 필요합니다. 이를 위해 차세대 오믹스 기술이 큰 도움이 될 것으로 예상할 수 있습니다. 간단히 말해, 이러한 기술을 통해 유전자 및 단백질 수준에서 발생하는 분자 사건을 포괄적으로 파악할 수 있습니다. 영향을 받는 유전자 및/또는 단백질의 네트워크가 확인되면, 이는 건강에 악영향을 미치는 것으로 알려진 분자 작용 방식과 연결될 수 있습니다. 이는 규제 독성학에서 크게 각광받고 있는 접근 방식인 분자 개시 사건으로부터 건강에 미치는 정점 부작용을 예측하는 부작용 경로(AOP) 접근 방식과 일치합니다. 이를 성공적으로 구현하려면 이러한 분야의 기술을 개발하는 동시에 테스트 비용이 많이 들지 않도록 해야 합니다. 또한, 일부 AOP는 개발 및 검증이 완료된 반면 다른 AOP는 다양한 수용 및 개발 단계에 있습니다. 실제로 독성학적 분자 경로를 AOP로 매핑하기 위해서는 아직 상당한 양의 작업이 필요합니다. 따라서 이러한 접근법으로는 아직 인체 건강에 대한 유해성을 쉽게 확인할 수 없기 때문에 화장품 성분의 생체이용률을 제한하여 불확실성을 관리하고 있습니다.
결론
위에서 설명한 바와 같이 펩타이드와 단백질은 건강 위험을 제한할 수 있는 여러 가지 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 화장품 원료에 대한 동물 실험 금지에 비추어 볼 때 특히 중요합니다. 하지만 이러한 특성을 유지하기 위해 이러한 성분을 크게 변경하는 것은 피해야 합니다. 간단히 설명하면 다음과 같습니다:
- 흡수를 크게 증가시키기 위한 광범위한 수정 없음 – 이는 독성학의 중심 도그마(제한된 노출 = 제한된 위험)를 유지하는 데 도움이 됩니다.
- 아미노산에 대한 제한적인 변형 – 천연 아미노산은 빠르게 대사되는 동안 유전 독성, 발암성 또는 생식 독성 물질이 될 것으로 예상되지 않습니다.
- 티로신, 트립토판 및 시스테인 잔류량 제한 – 광독성 가능성 제한
- 생산 공정에 정화 단계 포함 – 잠재적으로 위험한 불순물의 이월을 제한합니다.
이러한 고려 사항은 화장품 성분에 대한 동물 실험이 금지되어 독성학자가 전통적인 동물 독성 실험 이외의 데이터와 도구에 의존해야 하는 상황에서 중요한 의미를 갖습니다. 또한 파트 1에서 언급했듯이 화장품과 의약품은 용도에 따라 구분되며, 이는 주로 효능에 따라 결정됩니다. 그러나 화장품 실무그룹 경계 제품 매뉴얼에 따르면 약리 작용을 발휘하여 생리적 기능을 회복, 교정 또는 수정하는 물질은 “그 표현에 의해” 또는 “그 기능에 의해” 식별됩니다(위에서 설명한 바와 같이 주장). 후자는 “흡수, 농도, 투여 경로, 적용 빈도, 적용 부위, 침투 정도 등 제품의 모든 특성을 고려하여 평가”합니다. 따라서 어떤 성분이 의약품 또는 화장품인지 판단할 때 펩타이드와 단백질 특성이 어떻게 얽혀서 독성학적 프로파일을 이끌어내는지 이해하는 역할이 중요해졌습니다.
참조
Choi, Y.L., Park, E.J., Kim, E., Na, D.H., and Shin, Y.H. (2014). 콜라겐 펜타펩타이드(KTTKS 및 팔미토일-KTTKS)의 피부 안정성 및 시험관 내 피부 투과성. Biomol. Ther. 22, 321-327.
유럽 의약품청 (2011). ‘광안전 테스트 안내를 위한 참고 사항’에 대한 질문과 답변.
Gocke, E., Albertini, S., Brendler-Schwaab, S., Müller, L., Suter, W., Würgler, F.E. (1999). 생명공학 유래 제품의 유전독성 테스트: GUM 태스크포스 보고서. Mutat. Res. – 무탓 목사님 436, 137-156.
헨리, B., 포티, C., 알산테, K. (2009). 광흡수 및 광안정성 데이터를 사용하여 신약 분자에 대한 환자의 광안전성 위험을 평가할 수 있나요? J. Photochem. 포토바이오올. 96, 57-62.
Huby, R.D.J. (2000). 일부 단백질이 알레르기 유발 물질인 이유는? Toxicol. 55, 235-246.
조화에 관한 국제 컨퍼런스(2011). 생명공학 유래 의약품의 전임상 안전성 평가.
조화에 관한 국제 컨퍼런스(2013). 의약품의 광안전성 평가.
Roberts, D.W., Basketter, D., Kimber, I., White, J., McFadden, J., White, I.R. (2012). 접촉 알레르겐으로서의 메타중아황산나트륨 – 단백질 변형의 드문 화학적 메커니즘의 한 예입니다. 피부염 66, 123-127에 문의하세요. SCCS (2014). 가수분해 밀 단백질에 대한 의견.
이 글은 전 수석 독성학자였던 보리스 크리보시예프 박사가 바이오리우스 재직 시절에 작성한 글입니다.