Introduction

인간과 많은 포유류가 인식할 수 있는 기본적인 맛으로는 다섯 가지 맛이 있는 것으로 알려져 있다. 단맛, 감칠맛, 쓴맛을 일으키는 물질은 세포막을 통과할 수 없는 분자량이 큰 물질인 경우가 많아 세포막에 존 재하는 미각감수기를 통하여 전환되며, 신맛, 짠맛 미각 물질은 양이온 으로 직접 세포 안으로 유입되어 탈분극을 일으켜 미각 전환이 일어나 는 것으로 알려져 있다[1]. 다섯 가지 모든 미각의 질은 주로 혀의 맛봉 오리를 구성하는 세포 중 일부가 감지한다[2,3].

맛봉오리는 4가지 종류의 세포로 구성되어 있으며, 그 형태적 특징에 따라 1형, 2형, 3형, 4형 맛봉오리 세포로 구분한다. 1형 맛봉오리 세포 는 방추형이고, 맛봉오리에서 가장 많이 발견되는 세포이며, ATP를 분 해하는 강력한 세포 밖 ATP 분해효소(ectoATPase)가 있고, 날개모양 의 세포 돌기를 내고 있어 미각 물질로 유발된 국소적인 이온 농도의 변 화가 다른 부위로 확산되지 않게 제한하는 기능을 수행한다[4]. 최근에 는 짠맛의 전환에 관여할 가능성이 제시되고 있다[3].

2형 맛봉오리 세포는 맛봉오리를 구성하는 세포 중 약 20% 내외를 차지하고, 미공으로 몇 개의 돌기를 내고 있으며, 세포질에 과립을 함유 하지 않는 방추형 세포이다. G단백질 연계 수용체와 관련된 신호전달 물질을 발현하고 있어 감수기 세포라고 부른다[5,6]. 각각의 감수기 세 포는 주로 단맛, 감칠맛, 쓴맛 중 한 가지의 질에만 반응한다[7].

3형 맛봉오리 세포는 맛봉오리를 구성하는 세포 중 가장 적은 5–7% 만을 차지하고, 미공으로 긴 하나의 돌기를 내고 있으며, 핵 주변에 세 로토닌을 함유한 수많은 과립이 있다[6]. 미각신경과 고전적인 시냅스 를 형성하므로 시냅스전세포라고 한다[3]. 생체 내에서 시냅스전세포는 신맛뿐 아니라 단맛, 쓴맛, 감칠맛에도 반응한다[8]. 이는 앞서 설명한 감수기세포의 미각 반응이 ATP를 이용하여 시냅스전세포를 흥분시킨 결과로 해석한다. 따라서 시냅스전세포는 미각 신호를 처음으로 통합하 는 세포로 생각할 수 있다.

4형 맛봉오리 세포는 맛봉오리의 기저부에 존재하는 미분화된 세포 로 미공에 이르는 돌기는 관찰되지 않는 입방형의 세포이다. 다른 이름 으로는 기저세포(basal cell)로 불리기도 한다[1].

Transduction of Salty Taste

주로 짠맛의 전환에 관여하는 수용체는 상피 나트륨 이온통로(epithelial sodium channel, ENaC) 계열에 속한다[2]. ENaC는 혀 앞부 분 상피세포 세포막에서 알도스테론, 바소프레신과 같은 호르몬에 의해 발현이 증가하며, 특히 신장, 대장 끝부분, 방광, 위, 폐에서도 발현된 다. 혈중 알도스테론 농도가 증가하면 성곽유두 및 버섯유두 맛봉오리 세포에서 ENaC에 대한 면역염색반응이 증가하며, 이때 맛봉오리 세포 의 아밀로라이드 민감성 나트륨 이온 전류가 증가한다[9,10]. ENaC는 선천 면역 세포에서 활성화되어 혈압을 상승시키기도 하며, 결과적으로 염증성 시토카인(cytokine) 방출 및 활성 산소 종 생산이 증가한다[10]. 이뇨제인 아미오다론 및 아밀로라이드[11]는 ENaC 기능을 억제하여 약리작용을 발휘한다[12,13]. 또한, transient receptor potential V1 이온 통로(TRPTV1)가 구강으로 투여한 NaCl과 구연산의 인식에 관여 하는 것으로 나타났으나, 생리적 기전은 여전히 불분명하다[14].

나트륨 이온은 세포외액의 가장 중요한 양이온이며 필수 미네랄 중 하나이다. 반면에, 나트륨을 많이 섭취하면 심혈관 질환의 위험요소인 혈압 상승을 유발하여 고혈압이 될 수 있다[12,15,16]. 적절한 범위에 서 섭취하는 나트륨 양을 조절하기 위해 포유류는 저농도 나트륨에 의 한 기본적 짠맛[17]과 고농도 나트륨에 의한 고염분 맛[18]으로 구분할 수 있는 두 가지 짠맛 인식 기전을 갖추고 있는 것으로 보인다.

Sodium Ion and Salty Taste

짠맛의 두드러진 특징으로는 나트륨 이온에 의하여 유발되는 엄격 한 선택성과 이뇨제인 아밀로라이드 처리로 차단된다는 것을 들 수 있 다[14,19]. 개체가 나트륨 이온이 부족한 경우 나트륨 이온을 갈구하며 나트륨 이온에 대한 미각 감수성이 증가하는 것이 알려져 있다[20,21]. α, β, γ의 세 가지 구성 단위로 이루어진 아밀로라이드 민감성 ENaC (amiloride-sensitive ENaC, AS_ENAC)를 일반적으로 짠맛의 나트 륨 이온 감지기로 생각하지만, AS_ENAC는 혀의 앞부분 버섯유두의 맛 봉오리에서만 발현하고 혀 뒤쪽의 성곽유두 맛봉오리 세포에서 발현하 지 않지만, 그럼에도 불구하고 성곽유두에서도 짠맛을 느끼는 점을 설 명하지 못한다[22,23].

짠맛의 전환은 아직 확실하지 않지만 1형 맛봉오리 세포에서 일어난 다는 주장이 가장 많으며, 1, 2, 3형 맛봉오리 세포 모두 관여한다는 주 장도 있다[5]. 최근까지 짠맛을 전환하는 맛봉오리 세포는 맛봉오리 세 포 중 transient receptor potential M5 이온통로를 발현하는 2형과 4 형 탄산탈수소효소를 발현하는 3형 맛봉오리 세포의 경우에는 ENaC를 구성하는 3가지 ENaC의 구성 단위가 발현된다는 보고를 아직 확인할 수 없으므로 1형 맛봉오리 세포가 짠맛을 발현한다고 믿어왔다[24]. 1 형 맛봉오리 세포가 관여할 가능성이 큰 증거로는 세포 표면에 다른 맛 봉오리 세포가 만들어 내는 ATP를 분해하는 강력한 ectoATPase가 있 는 것과 기저부의 돌기가 마치 슈반세포처럼 다른 세포를 둘러싸고 있 는 것 등을 들 수 있다[5]. 1형 맛봉오리 세포가 내고 있는 날개모양의 돌기는 짠맛을 감지할 때 맛봉오리 세포에서 분비된 신경전달 물질의 확산을 제한하고 미각 물질로 유발된 국소적인 이온 농도의 변화가 다 른 부위로 확산되지 않도록 방지하는 기능을 수행할 것으로 추측한다 [1,3]. 그러나, 1형 맛봉오리 세포는 전기적으로 흥분하지 않는 것으로 알려져 있어[25] 미각 전환에 관여하지 않는다는 주장도 있다.

짠맛이 어떤 맛봉오리 세포에서 미각 신경의 전기적 흥분으로 전환 되는지 불분명하고, 나트륨 미각 전환에 Ca²⁺ 신호가 관여하는지 논란 의 여지가 있다. 맛봉오리를 구성하는 세포 중 2형과 3형 세포는 전기 적으로 흥분 가능한 세포이며, ENaC를 통한 Na⁺ 유입만으로 Ca²⁺의 변 화 없이 활동 전압을 유발하였다[20]. 즉, 2형과 3형 맛봉오리 세포에서 Ca²⁺을 제거하여도 Na⁺에 의하여 활동전압이 일어나고, 아밀로라이드 처리로 차단되는 사실로 보아[20,21], 짠맛의 미각 전환에 Ca²⁺의 개입 이 필수적이지는 않으며, ENaC를 통한 Na⁺ 유입만으로 짠맛의 전환이 이 루어진다고 생각한다. 결론적으로 맛봉오리 세포에서 나트륨 이온 자극이 미각신경으로 전달되는 정확한 기전은 아직 확인되지 못한 상태이다.

Roles of CALHM Channels

2형 맛봉오리 세포에서는 AS_ENaC를 발현하지는 않지만 중요한 신경전달물질 방출 이온 통로인 calcium homeostasis modulator protein 1/3 (CALHM1/3) 이온 통로를 발현한다[20]. CALHM 1을 발현하는 세포에서 조건적으로 ENaC 유전자를 제거하면 아밀로라이드 민감성 미각신경 반응이 사라지고, NaCl에 대한 짠맛 갈구 행동을 약화 시킨다[26]. 이런 사실로 미루어보아 아밀로라이드를 발현하는 2형 맛 봉오리 세포가 섭식과 연관된 짠맛을 매개한다는 것을 알 수 있다. 짠맛 의 전환 기전에서 CALHM 이온 통로의 역할을 보고한 이전 연구와 일 관되게, CALHM3 이온 통로 유전자를 제거한 생쥐는 짠맛에 대한 인 식 기능을 상실하였고[27], CALHM1는 짠맛 맛봉오리 세포로 확인된 ENaC와 CALHM1을 동시에 발현하는 세포와 시냅스전 세포인 2형세 포에서 CALHM1/3 이온통로가 P₂X₂ 수용체를 발현하는 시냅스 부위 에 국한하여 발현하고 있는 것이 알려져 있다[28]. 위의 사실로 미루어 보아 짠맛 감수기 맛봉오리 세포는 CALHM 이온통로를 이용하여 미각 신경으로 신호를 전달할 수 있다는 것을 시사한다.

ENaC와 CALHM1/3를 동시에 발현하는 맛봉오리 세포가 나트륨 이 온이 일으키는 짠맛 전환 맛봉오리 세포로 생각하며, Na⁺은 ENaC를 통 하여 맛봉오리 세포로 유입되어 막전압의 저분극을 유도하며, 저분극이 임계점을 지나면 탈분극이 일어나 CALHM1/3 이온 통로 시냅스를 통 해 전압 의존 신경전달물질 방출을 유도한다[29]. 이 과정에서 막전압 의 변화에 관여하는 유일한 이온이 Na⁺이며, 다른 미각의 전환과정과는 달리 Ca²⁺이 관여하지 않는 것이 특징이다.

짠맛의 미각 전환에 ENaC가 결정적인 역할을 수행한다는 것은 해당 이온 통로 유전자를 제거한 동물을 이용한 연구에서 짠맛 미각 상실을 확인하며[4,30] 확립되었지만, 최근의 연구로 세 개의 ENaC 구성 단위 모두를 발현하는 맛봉오리 세포를 발견하지 못하여 짠맛 맛봉오리 세 포에서 기능성 AS_ENaC가 절대적이라는 이론에 의문이 제기되고 있 다[20]. 짠맛 맛봉오리 세포는 ENaC와 CALHM1/3를 동시에 발현하 는 맛봉오리 세포로, 두 이온통로를 발현하는 세포는 1형 맛봉오리 세 포 특이 표시 인자인 NTPDase2를 발현하지 않는다[4,30]. 따라서 짠 맛 미각 세포는 널리 알려진 1, 2, 3형 맛봉오리 세포 외에 아직 확인되 지 않은 미각 세포 집단으로 보이며, 버섯유두 맛봉오리 세포에서 확인 된 연구결과[30]보다 더 큰 다양성이 있을 가능성을 시사한다.

이미 발표되어 있는 대부분의 맛봉오리 세포의 분류는 주로 성곽유 두 맛봉오리를 대상으로 한 연구이며[31,32], 버섯유두 맛봉오리 세포 를 대상으로 한 추가 연구가 필요하다. 또한 중요한 사실 중 하나는 설 치류의 짠맛 전환에서 ENaC의 역할이 중요한 것은 증명되어 있지만, 사람에게서 짠맛 전환과 관련 ENaC의 역할은 아직 논란이 되고 있다 [33,34]. 사람 맛봉오리 세포에서 ENaC 구성 단위가 설치류의 전통적 인 구성 단위와 다르고, 모든 구성 단위를 발현하고 있지 않는다는 사실 에 근거한다[33,34]. 그러므로 ENaC가 사람에게서 짠맛을 전환하는 가장 중요한 이온통로라는 직접적인 증거는 아직 충분하지 않다.

High Salt Taste

짠맛 강도의 인식은 경험 또는 개체의 상태에 의해 동적으로 변화하 는 짠맛의 인식 경로에 의해 결정되며 조절 경로의 영향을 받는다. 실제 로 짠맛 외에도 고염분 맛이라는 염분에 반응하는 또 다른 맛 경로가 있 으며, 고염분 맛은 기본적인 짠맛보다 문턱치가 높고 Na⁺, K⁺ 등 다양한 염에 의해 유발될 수 있다. 고염분 맛은 또한 아밀로라이드의 영향을 받 지 않기 때문에 아밀로라이드 불감증 짠맛으로도 알려져 있다[33]. 맛 봉오리에서 높은 농도의 나트륨에 대한 인식은 쓴맛을 감지하는 2형 맛 봉오리 세포와 신맛을 감지하는 3형 맛봉오리 세포에서 전환되며 전형 적인 회피 행동을 불러 일으킨다[18]. 맛봉오리 세포 중 여러 종류의 세 포 유형이 반응하는 것으로 보아 여러 가지 수용체 전환 기전을 통하여 인식이 일어날 가능성이 있다는 것을 시사한다. 쓴맛 전환 세포에서 25 종의 쓴맛 수용체 중 한 가지 이상의 수용체와 신맛 전환 세포 중 탄산 탈수효소4가 고염분 맛 전환에 관여할 가능성을 제안하고 있다[18].

Ninomiya [23]와 Lewandowski 등[35]에 따르면 성곽유두 맛봉오 리에서 기존의 구분으로 1형, 2형, 3형의 맛봉오리 세포 중 아밀로라 이드로 차단되는 짠맛을 느끼는 세포 집단을 확인할 수 없었으며, 고염 분 맛은 3형의 맛봉오리 세포에서 전환되지만 짠맛으로 구분하여야 하 는지 아니면 음이온이나 삼투자극으로 유발되는 세포의 활성인지 확인 할 필요가 있다고 제안하였다[36]. 또한 버섯유두의 맛봉오리 세포에서 는 ENaC에 의하여 전환되는 짠맛 가운데 기본적인 짠맛과 고염분 맛이 모두 포함되지만 그 전환을 담당하는 세포는 기존의 분류에는 포함되지 않는 다른 종류의 맛봉오리 세포 집단일 수 있다고 주장하였다[4,21].

또한 3형 맛봉오리 세포 중 일부가 삽투압 활성 Na⁺ 이온통로를 포 함하여 여러 기전을 통하여 고염분 자극에 반응한다고 제안하였다[33]. 여러 보고들이 서로 상반된 결과를 제안하고 있으므로, 고염분 수용체 의 성질을 파악하기는 어렵다. 더욱이 매우 농도가 높은 나트륨 이온에 의하여 유도되는 CALHM1/3 의존적이지만, ENaC과는 무관한 소금 섭취 행동이 최근 소금이 부족해진 쥐에서 관찰되었다[23]. 이 신기한 고염분에 대한 반응이 새로운 짠맛 전환 기전을 나타내는 것인지 아니 면 알려진 고염분 맛 경로에 대한 선호 중심 조절의 결과인지는 알려져 있지 않다[36,37]. 연구결과를 종합하면 성곽유두와 버섯유두에서 짠 맛의 전환이 같은 기전을 통하여 이루어지는 것이 아닐 가능성이 있으 며, 더욱이 기본적 짠맛과 고염분 맛 사이에는 일반적으로 탐식하고 거 부하는 행동으로 서로 다르게 나타나는 사실로 미루어 보아도 미각 전 환 기전이 다를 가능성이 높다. 포유류의 맛봉오리 세포에서는 짠맛 또 는 고염분 맛을 감지하는 새로운 세포 집단이 존재할 가능성을 강력하 게 시사하고 있다(Fig. 1). 인간의 짠맛을 이해하고 소금 소비량을 줄이 기 위한 전략을 고안하기 위해서는 고염분 센서의 파악과 주변과 뇌의 각 부위가 짠맛 맛 인식 경로의 조절 및 통합에 대한 이해가 필수적이다.

Perception of Taste

미각의 중추신경전도로가 체성감각 등 다른 감각의 신경전도로와 구 별되는 가장 독특한 특징 중 하나가 동측 미각 피질로 정보가 투사되고 처리된다는 점이다. 미각은 말초 신경에서는 맛봉오리의 존재 부위에 따라 차이가 있어 혀의 앞쪽 2/3는 안면신경(얼굴신경, 제7뇌신경)을 통하여 전달되며, 슬신경절을 거쳐 미각 중계핵으로 연결되며, 혀 뒤쪽 1/3과 구개인두부의 맛봉오리는 설인신경(제9뇌신경)과 추체신경절을 거쳐 중추로, 인-후두개의 맛봉오리는 미주신경(제10뇌신경)의 지배를 받아 결절신경절을 통하여 미각 중계핵으로 투사된다[1,3,38].

가장 중요한 미각 중계핵은 연수의 고립로핵(solitary tract nucleus) 의 문측방(입가쪽, rostolateral) 부위이며, 이 부위를 특히 미각핵이라 부르기도 한다. 미각핵에서 미각신경도 체표성으로 배열되어 안면신경 의 투사보다 문측부(rostral part)이고, 설인신경이 중간부, 미주신경 이 가장 미측부(caudal part)에 분포된다. 고립로핵은 자율신경과 관련 된 내장감각 정보가 투사되는 부위이기도 하며, 위운동을 조절하는 횡 격막 아래 복강에서 유래되는 미주신경의 정보도 투사된다. 그러므로 고립로핵 자체의 문측부와 미측부를 연결하는 사이신경세포가 미각 정 보와 내장에서 유래된 정보를 통합하는 첫 번째 단계로 작용할 수 있다 [1,3,38].

미각 중계핵에서 시작된 2차 구심신경은 시상의 특정 감각핵인 내후 복측핵의 내측을 거쳐 대뇌피질 영역으로 투사된다. 대뇌 피질 미각 영 역은 일차 체성감 각 악안면 부위와 인접하며, 전두엽의 덮개 위(이마덮 개, frontal operculum)와 측두엽의 섬피질(insula cortex)에 있다. 또 한 이차 미각 영역으로 안와전두피질의 미외측부에도 투사하며, 이에서 시각, 체성감각, 후각, 미각 정보가 통합되는 것으로 보인다. 더욱이 고 립로핵은 교뇌를 통하여 식욕, 포만감 등 섭식행동에 영향을 주고 있는 것으로 추측된다[1,3]. 그러나 기본적 짠맛과 고염분 맛을 구별하여 인 식하는 기전은 아직 정확하게 알려져 있지 않다.

Conclusions

기존의 연구를 통하여 기본 미각 인식에 수반되는 기전 이해에 대하 여 많은 발전이 있었다. 미각 세포가 어떻게 단맛, 감칠맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛을 전달하는지에는 분자 수준에서 꽤 잘 이해하고 있지만, 고염분 맛 수용체와 전환 기전이 사람의 짠맛을 이해하고 조절하는 데 중심이 됨에도 불구하고 완벽하게 이해하지 못하고 있다. 현재까지의 연구결 과로는 2형 미각 세포 중 일부가 고염분 맛에 관여하고 있으며, 현재까 지 알려지지 않은 짠맛의 전환에 관여하는 새로운 유형의 맛봉오리가 존재할 가능성을 시사하고 있다(Fig. 1). 짠맛을 일으키는 나트륨은 세 포외액의 가장 중요한 이온이지만 심혈관 질환의 위험 요소인 혈압 상 승 및 체액 조절과 관련하여 조절 기전을 잘 유지하는 것이 필요하다. CALHM 이온 통로 시냅스의 발견은 신경과학과 시냅스 전달 기전에 대한 새로운 전기를 마련하였다. 이온 통로 시냅스는 신맛을 제외한 단 맛, 감칠맛, 쓴맛, 짠맛 매개에 관여한다. 하지만 이온 통로 시냅스가 짠 맛의 전환, 특히 고염분 맛의 전환에 어떻게 관여하는지, 고염분 미각과 다른 질의 미각과의 상호작용, 고염분 맛의 생리적 기능에 대한 연구가 더 필요하다.