천연보습인자의 생성 과정: 필라그린 분해산물이 피부 수분 유지에 관여하는 원리

피부가 수분을 유지하는 원리를 설명할 때 세라마이드와 같은 세포간 지질이 자주 등장합니다. 하지만 각질층의 수분 상태는 세포 사이의 지질 장벽만으로 결정되지 않습니다.

각질세포 내부에는 물과 잘 결합하는 여러 저분자 물질이 존재합니다. 이 혼합물을 천연보습인자(Natural Moisturizing Factor, NMF)라고 합니다.

NMF에는 자유 아미노산과 그 유도체, 젖산염, 요소, 전해질 등이 포함되며, 그중 상당 부분은 필라그린(filaggrin)이 각질층에서 분해되면서 만들어지는 아미노산과 아미노산 유도체에서 유래합니다. NMF는 수분을 끌어당기고 보유하는 흡습성 특성을 가지며 각질세포의 적절한 수분 상태와 유연성을 유지하는 데 관여합니다.

따라서 피부의 수분 유지를 이해하려면 다음 두 가지를 구분해서 보는 것이 중요합니다.

세포간 지질 → 물이 피부 밖으로 이동하기 어려운 장벽 형성

NMF → 각질세포 내부에서 수분을 끌어당기고 유지

이 두 시스템은 서로 다른 위치에서 작동하지만 함께 각질층의 수분 환경을 형성합니다.

천연보습인자는 하나의 특정 성분 이름이 아닙니다

NMF라는 이름 때문에 피부 안에 ‘천연보습인자’라는 하나의 특별한 물질이 존재한다고 생각하기 쉽습니다.

하지만 실제 NMF는 여러 작은 수용성 물질을 묶어서 부르는 개념입니다.

대표적으로 다음과 같은 물질들이 포함됩니다.

NMF 구성 요소	특징
자유 아미노산	필라그린 분해에서 상당 부분 유래
PCA	주로 글루타민계 아미노산 대사와 연결되는 흡습성 성분
UCA	필라그린 유래 히스티딘 대사와 연결
젖산염	각질층의 수분 보유에 관여
요소	수용성·흡습성 물질
무기 이온	각질층 수분 환경의 일부를 구성

NMF의 핵심 특징은 이 물질들이 대부분 크기가 작고 물과 상호작용할 수 있다는 것입니다.

각질층에서 NMF를 직접 분석한 연구에서도 아미노산과 그 유도체가 중요한 구성 요소로 확인됐으며, NMF는 각질층 수분 유지뿐 아니라 유연성과 정상적인 탈락 과정 등 여러 물리적 특성과 연결됩니다.

필라그린은 처음부터 보습 성분으로 존재하는 단백질이 아닙니다

필라그린의 역할을 단순히

필라그린 = 보습 성분

이라고 설명하면 중요한 중간 과정이 빠집니다.

필라그린은 표피가 분화하는 과정에서 먼저 프로필라그린(profilaggrin)이라는 큰 전구체 형태로 만들어집니다.

프로필라그린은 과립층의 각질형성세포 내부에 존재하다가 세포가 각질층으로 이동하는 과정에서 여러 효소에 의해 가공되어 개별 필라그린 단백질로 분리됩니다.

필라그린은 먼저 케라틴 필라멘트를 서로 모으고 정돈하는 데 관여하면서 각질세포가 납작하고 단단한 구조로 변화하는 데 중요한 역할을 합니다.

그 역할을 수행한 뒤 필라그린은 다시 더 작은 조각과 자유 아미노산으로 분해됩니다.

즉, 필라그린에는 시간에 따라 서로 다른 역할이 있습니다.

초기 → 각질세포 구조 형성에 관여

후기 → 분해되어 NMF의 원료 제공

이렇게 이해하는 것이 더 정확합니다.

필라그린이 분해되어야 NMF의 주요 성분이 만들어집니다

각질층으로 이동한 필라그린은 그대로 남아 있는 것이 아니라 단계적인 단백질 분해 과정을 거칩니다.

이 과정에는 calpain-1, caspase-14, bleomycin hydrolase와 같은 여러 단백질 분해효소가 관여하는 것으로 알려져 있습니다.

분해 과정이 진행되면 필라그린이라는 큰 단백질은 점점 작은 펩타이드와 자유 아미노산으로 바뀝니다.

전체 흐름을 단순화하면 다음과 같습니다.

프로필라그린 → 필라그린 → 작은 펩타이드 → 자유 아미노산 → 일부 아미노산의 추가 변환 → NMF 구성 성분

따라서 피부의 NMF는 외부에서 보습제가 피부에 들어와 만들어지는 것이 아니라 각질형성세포의 분화와 필라그린의 가공·분해 과정에서 피부 스스로 만들어내는 저분자 물질의 혼합물이라는 특징이 있습니다.

caspase-14는 필라그린의 최종 분해 과정에서 중요하게 연구됩니다

필라그린이 자유 아미노산으로 분해되는 과정에는 여러 효소가 관여하기 때문에 하나의 효소만으로 전체 과정을 설명할 수는 없습니다.

그중 caspase-14는 필라그린의 후기 분해 단계와 관련해 많이 연구된 효소입니다.

caspase-14가 결핍된 생쥐를 이용한 연구에서는 필라그린 분해가 정상적으로 진행되지 않았으며, 각질층의 UCA와 PCA 같은 NMF 성분도 감소했습니다. 이는 caspase-14가 필라그린에서 NMF가 만들어지는 과정에 중요한 역할을 한다는 실험적 근거를 제공합니다.

하지만 이 결과는 유전자 조작 동물모델을 이용한 기전 연구입니다.

따라서 특정 화장품이 caspase-14에 영향을 준다는 사실만으로 사람 피부의 보습 상태가 반드시 좋아진다고 직접 연결해서는 안 됩니다.

자유 아미노산이 만들어진 뒤에도 과정은 끝나지 않습니다

필라그린이 자유 아미노산으로 분해됐다고 해서 모든 NMF가 완성되는 것은 아닙니다.

일부 아미노산은 추가적인 대사 과정을 거쳐 NMF의 특징적인 성분으로 변합니다.

대표적인 것이 PCA(pyrrolidone carboxylic acid)와 UCA(urocanic acid)입니다.

필라그린은 PCA와 UCA를 포함한 주요 NMF 성분의 중요한 공급원으로 알려져 있으며, FLG 유전자 기능이 감소한 사람에서는 각질층의 이러한 필라그린 분해산물 수준이 낮게 나타날 수 있습니다.

따라서

필라그린 → 아미노산

이라는 단계뿐 아니라

아미노산 → 아미노산 유도체

까지 포함해야 NMF 생성 과정을 더 정확하게 이해할 수 있습니다.

PCA는 물을 끌어당기는 NMF 구성 성분입니다

PCA는 각질층 NMF에서 중요한 흡습성 물질 가운데 하나입니다.

흡습성이라는 것은 주변의 물과 상호작용해 수분을 유지하는 특성을 의미합니다.

각질세포 내부에 PCA와 자유 아미노산 같은 수용성 물질이 존재하면 각질층이 일정 수준의 수분을 보유하는 데 도움이 됩니다.

중요한 것은 이것이 피부 표면을 막아 물의 증발을 물리적으로 차단하는 방식과 다르다는 것입니다.

세라마이드와 같은 세포간 지질은 주로 각질세포 사이에서 투과 장벽을 형성합니다.

반면 NMF는 주로 각질세포 안에서 물을 끌어당기고 보유하는 환경을 형성합니다.

즉,

세포간 지질 = 수분 이동을 제한하는 장벽

NMF = 각질세포 안에서 수분을 유지하는 흡습성 시스템

이라는 차이가 있습니다.

UCA도 필라그린 분해와 연결됩니다

UCA 역시 필라그린 분해 과정과 밀접하게 연결되는 대표적인 NMF 관련 성분입니다.

필라그린에는 히스티딘이 풍부하며, 분해된 히스티딘은 추가적인 효소 반응을 통해 UCA로 전환될 수 있습니다.

이 때문에 PCA와 UCA는 각질층에서 필라그린 분해 정도를 평가하는 지표로 연구되기도 합니다.

FLG 기능상실 변이를 가진 사람에서 PCA와 UCA를 포함한 NMF가 낮게 나타날 수 있다는 결과가 반복적으로 보고됐습니다.

다만 UCA가 피부 표면 pH나 광생물학적 반응과 어떻게 연결되는지는 여러 기전이 존재하기 때문에, 단순히

UCA가 많을수록 피부가 좋다

처럼 해석하는 것은 적절하지 않습니다.

NMF는 물을 ‘만드는’ 것이 아니라 이미 존재하는 물을 유지하는 데 관여합니다

보습이라는 표현 때문에 NMF가 피부 안에 새로운 물을 만들어내는 것처럼 생각할 수 있습니다.

하지만 NMF는 물을 생성하는 물질이 아닙니다.

NMF를 구성하는 여러 아미노산과 유도체는 물과 친화성이 높은 흡습성 분자입니다.

이들은 주변 수분과 상호작용하면서 각질세포 내부가 지나치게 건조해지는 것을 줄이는 데 기여합니다.

따라서 NMF의 역할은

물을 생성한다

보다

각질층에 존재하는 물을 붙잡아 두는 데 기여한다

라고 표현하는 것이 정확합니다.

NMF가 적절한 각질층 수분과 유연성, 탈락 과정에 중요하다는 점은 사람 각질층을 분석한 연구에서도 보고돼 있습니다.

각질층은 완전히 건조해야 강한 장벽이 되는 것이 아닙니다

각질층을 단순한 죽은 세포층으로 생각하면 건조할수록 단단한 보호막이 될 것처럼 느껴질 수 있습니다.

그러나 각질층에는 일정 수준의 수분이 필요합니다.

각질세포가 적절한 수분을 유지해야 피부 표면이 유연하게 움직일 수 있고, 각질층의 정상적인 효소 반응과 각질 탈락 과정도 진행될 수 있습니다.

NMF는 이러한 수분 환경을 유지하는 데 관여합니다.

NMF가 각질층 수분뿐 아니라 장벽 항상성, 유연성(plasticity), 정상적인 탈락(desquamation)과 연관된다는 연구 결과도 보고돼 있습니다.

따라서 피부 장벽의 목표는 피부를 완전히 말리는 것이 아니라 외부 환경 속에서도 적절한 수분을 가진 각질층을 유지하는 것입니다.

필라그린이 적으면 NMF도 감소할 수 있습니다

필라그린과 NMF의 연결을 가장 잘 보여주는 근거 가운데 하나가 FLG 유전자 기능상실 변이 연구입니다.

FLG는 필라그린을 만드는 유전자입니다.

이 유전자의 기능이 감소하는 변이를 가진 사람에서는 정상적인 필라그린 생성량이 감소할 수 있습니다.

그 결과 필라그린에서 만들어지는 PCA와 UCA 같은 NMF 성분도 감소할 수 있다는 결과가 사람 각질층 연구에서 확인됐습니다.

이를 흐름으로 정리하면 다음과 같습니다.

FLG 기능 저하 → 필라그린 감소 → 필라그린 분해산물 감소 → NMF 감소 가능성

하지만 여기에서도 중요한 점이 있습니다.

피부 건조와 장벽 상태를 FLG 하나만으로 모두 설명할 수는 없습니다.

각질층 지질, 염증 반응, 환경, 세정 습관과 다른 유전적 요인 등이 함께 영향을 줄 수 있기 때문입니다.

NMF가 낮다고 반드시 필라그린 유전자 변이가 있다는 뜻은 아닙니다

반대 방향의 해석도 주의해야 합니다.

FLG 기능상실 변이가 NMF 감소와 연결될 수 있다는 사실이

NMF가 낮음 = 반드시 FLG 변이가 있음

을 의미하지는 않습니다.

필라그린 발현과 분해산물의 수준은 유전적 조건 외에도 피부 부위, 연령, 염증 상태와 환경 등에 영향을 받을 수 있습니다.

실제로 연구에서는 FLG 유전자형뿐 아니라 아토피성 염증과 같은 다른 조건도 필라그린 분해산물 수준에 영향을 줄 가능성이 논의됐습니다.

따라서 NMF는 피부 장벽과 필라그린 상태를 이해하는 하나의 중요한 지표이지만 단일 수치만으로 피부 상태 전체를 확정할 수 있는 검사는 아닙니다.

필라그린은 항상 빠르게 분해되는 것이 아닙니다

필라그린의 분해 시점도 중요합니다.

필라그린은 각질세포가 형성되는 초기에 케라틴 구조를 정돈하는 역할을 하기 때문에 너무 일찍 완전히 분해되어서는 안 됩니다.

반대로 각질층 상부로 이동한 뒤에는 NMF를 만드는 방향으로 분해가 진행되어야 합니다.

즉, 필라그린 대사는 단순히

많이 분해될수록 좋다

는 과정이 아닙니다.

필요한 위치와 시점에 적절한 형태로 존재하고, 이후 적절하게 분해되는 것이 중요합니다.

필라그린이 구조 단백질로 기능한 뒤 calpain-1, caspase-14, bleomycin hydrolase 등을 통해 자유 아미노산으로 분해되는 단계적 과정이 알려져 있습니다.

각질층의 수분 상태가 필라그린 분해와도 연결될 수 있습니다

필라그린에서 NMF가 형성되는 과정은 주변 환경과 완전히 독립적이지 않습니다.

NMF 생성 과정과 각질층의 수분 상태 사이에는 상호적인 관계가 있는 것으로 연구돼 왔습니다.

필라그린 분해를 통해 만들어지는 NMF는 각질층 수분 유지에 기여하지만, 동시에 필라그린의 후기 분해 과정도 각질층의 적절한 수분 환경과 연관되는 것으로 설명됩니다.

즉, 피부 장벽은

필라그린을 분해해 NMF를 만들고 → NMF가 수분을 유지하고 → 적절한 각질층 환경이 다시 여러 효소 과정에 영향을 주는

동적인 시스템으로 이해할 수 있습니다.

NMF와 경피수분손실은 같은 지표가 아닙니다

NMF가 수분 유지에 중요하다는 설명을 들으면 NMF가 낮으면 반드시 경피수분손실(TEWL)이 같은 비율로 높아질 것이라고 생각할 수 있습니다.

하지만 두 지표는 서로 다른 정보를 제공합니다.

NMF는 주로 각질세포 안에서 수분을 보유하는 흡습성 성분과 관련됩니다.

반면 TEWL은 피부를 통해 외부로 이동하는 수분의 흐름을 간접적으로 평가하는 지표입니다.

따라서 NMF와 TEWL은 서로 관련될 수 있지만 같은 것을 측정하는 값은 아닙니다.

피부의 수분 상태는 NMF뿐 아니라 세포간 지질의 구조, 각질층 두께, 환경 습도, 측정 부위 등 여러 요인의 영향을 받습니다.

즉,

NMF 감소 = TEWL이 반드시 특정 수치만큼 증가

하는 단순한 공식으로 해석해서는 안 됩니다.

NMF와 세라마이드도 서로 다른 역할을 합니다

피부 보습에서 세라마이드와 NMF가 함께 언급되기 때문에 둘을 같은 종류의 보습 성분처럼 생각하기 쉽습니다.

하지만 위치와 기능이 다릅니다.

세라마이드는 콜레스테롤·유리지방산과 함께 각질세포 사이의 세포간 지질 구조를 형성합니다.

NMF는 주로 각질세포 내부에 존재합니다.

이를 비교하면 다음과 같습니다.

구분	NMF	세포간 지질
주요 위치	각질세포 내부	각질세포 사이
대표 성분	아미노산, PCA, UCA, 젖산염, 요소 등	세라마이드, 콜레스테롤, 유리지방산
주요 역할	수분을 끌어당기고 보유	수분 및 외부 물질의 이동 제한
핵심 개념	흡습성	장벽 구조

따라서 피부 장벽을

세라마이드 또는 NMF 중 하나

로 설명하기보다

세포간 지질 장벽 + 각질세포 내부 NMF

가 함께 작동하는 시스템으로 이해하는 것이 더 정확합니다.

화장품의 ‘NMF 성분’과 피부에서 생성되는 NMF는 구분해야 합니다

화장품에도 아미노산, PCA, 요소, 젖산염처럼 NMF와 동일하거나 유사한 성분이 포함될 수 있습니다.

하지만 화장품에 NMF 구성 성분이 들어 있다는 사실과 피부 내부에서 필라그린이 정상적으로 생성·분해되어 NMF가 만들어지는 생리 과정은 같은 개념이 아닙니다.

외부에서 바른 성분은 제형, 농도, 피부 상태와 사용 환경에 따라 피부 표면과 각질층에서 작용합니다.

반면 내인성 NMF는 각질형성세포의 분화와 필라그린 대사 과정에서 만들어집니다.

따라서 특정 제품에 PCA나 아미노산이 들어 있다는 사실만으로

피부의 필라그린 대사가 정상화된다

또는

피부의 천연 NMF 생성량이 증가한다

고 단정해서는 안 됩니다.

NMF를 포함하거나 모방한 보습제는 각질층 수분에 영향을 줄 수 있지만, 이것과 필라그린 생리 자체를 구분해야 합니다.

NMF 연구에서도 측정 방법을 확인해야 합니다

NMF는 하나의 분자가 아니기 때문에 연구에서 무엇을 NMF로 측정했는지도 중요합니다.

일부 연구에서는 tape stripping을 이용해 각질층을 채취한 뒤 자유 아미노산과 PCA, UCA 등을 분석합니다.

또 다른 연구에서는 특정 NMF 성분을 이용해 필라그린 유전자형이나 각질층 상태를 평가합니다.

따라서 논문에서

NMF가 증가했다

라는 문장을 읽을 때는

어떤 NMF 성분을 측정했는지,

어느 피부 부위에서 측정했는지,

각질층의 어느 깊이를 채취했는지,

사람 연구인지 실험 모델인지

확인하는 것이 필요합니다.

NMF라는 하나의 단어 뒤에 여러 서로 다른 측정값이 포함될 수 있기 때문입니다.

필라그린과 NMF의 관계를 하나의 흐름으로 이해하기

전체 과정을 처음부터 연결해보겠습니다.

표피의 각질형성세포가 분화하면서 프로필라그린을 만듭니다.

각질층으로 이동하는 과정에서 프로필라그린은 필라그린 단위로 가공됩니다.

필라그린은 먼저 케라틴 구조를 정돈하면서 각질세포가 형성되는 데 관여합니다.

이후 각질층에서 필라그린은 calpain-1, caspase-14, bleomycin hydrolase 등을 포함한 여러 효소 과정에 의해 더 작은 펩타이드와 자유 아미노산으로 분해됩니다.

일부 아미노산은 PCA와 UCA 같은 아미노산 유도체로 변환됩니다.

이렇게 만들어진 자유 아미노산과 유도체는 다른 수용성 성분들과 함께 NMF를 구성합니다.

NMF는 각질세포 내부에서 물과 상호작용하면서 적절한 수분과 유연성을 유지하는 데 관여합니다.

전체 흐름은 다음과 같습니다.

각질형성세포 분화 → 프로필라그린 생성 → 필라그린 형성 → 케라틴 구조 정돈 → 필라그린 분해 → 자유 아미노산 생성 → PCA·UCA 등 형성 → NMF 구성 → 각질세포의 수분 보유에 기여

따라서 천연보습인자는 단순히 피부에 원래부터 들어 있는 보습액이 아닙니다.

표피 세포가 분화하고 필라그린이 단계적으로 가공·분해되는 과정에서 만들어지는 작은 흡습성 물질들의 혼합물입니다.

그리고 피부 수분을 이해할 때는 NMF 하나만 볼 것이 아니라 필라그린 대사, 각질세포 내부의 수분 보유, 세포간 지질 장벽과 외부 환경을 함께 보는 것이 중요합니다.

참고한 신뢰 출처

Natural moisturizing factors in the stratum corneum 연구
NMF가 필라그린의 단백질 분해를 통해 만들어지는 작은 흡습성 분자로 구성되며, 각질층 수분·장벽 항상성·유연성과 정상적인 탈락 과정에 중요하다는 내용을 확인했습니다.

필라그린 분해산물과 NMF를 분석한 사람 대상 연구
필라그린이 PCA와 UCA를 포함한 주요 NMF 구성 성분의 공급원이며, FLG 기능상실 변이가 있는 사람에서 필라그린 분해산물 수준이 감소할 수 있음을 확인했습니다.

필라그린과 피부 장벽 기능을 종합한 검토 연구
필라그린이 케라틴 구조 형성에 관여한 뒤 calpain-1, caspase-14, bleomycin hydrolase 등에 의해 아미노산과 아미노산 대사산물로 분해되는 과정을 확인했습니다.

필라그린의 생성과 기능을 정리한 전문 검토 연구
프로필라그린에서 필라그린으로 이어지는 가공과 필라그린의 구조적 역할, 이후 자유 아미노산으로 분해되는 과정을 확인했습니다.

caspase-14와 필라그린 분해를 분석한 실험 연구
caspase-14 결핍 동물에서 필라그린의 최종 분해가 저하되고 PCA와 UCA 같은 NMF 성분이 감소해 필라그린-NMF 생성 경로에서 caspase-14의 역할을 확인했습니다.

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