성 호르몬(sex hormone)은 성대의 활동과 음성 생성에 영향을 미치는 주요한 요인이다. 2차 성징인 목소리는 남성과 여성에 따라 다르며 성적 성숙(sexual maturation)에 따라 변한다. 여성의 목소리는 여성 호르몬의 변화와 밀접한 관련이 있다. 후두의 변화는 가임기(reproductive years) 동안 월경 주기(menstrual cycle)와 함께 체계적으로 변동하여 일생동안 음성 변화에 영향을 미친다[1,2].

일반적으로 음성 생성(voice production)에는 성대고유층에 있는 세포외기질(extracellular matrix, ECM)의 구성 성분이 중요하다. 성대고유층(lamina propria)의 ECM은 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 피브로넥틴(fibronectin)과 같은 간질 단백질(interstitial proteins), 히알루론산(hyaluronic acid)과 같은 글리코사미노글리칸(gycosaminoglkycans)으로 구성된다[3]. 이러한 ECM 구성 요소는 중요한 생화학적 기능을 가지며 성대 기능에 기여한다. ECM 구성 성분들은 성대 점탄성(viscoelasticity)을 결정하는데 중요한 역할을 하며 발성역치 압력(phonation threshold pressure) 및 음성 기본 주파수(vocal fundamental frequency) 등과 같은 음성 기능에도 영향을 미친다[4,5].

폐경기(menopause) 동안 에스트로겐의 양이 감소하면 ECM의 생성과 분해에 변화가 발생하여 성대 진동에 변화가 발생한다. Kim 등[6]은 성대고유층은 에스트로겐(estrogen)에 민감한 기관이며, 폐경과 같이 신체의 에스트로겐이 감소하면 성대고유층을 구성하는 ECM 구성성분의 변화가 발생한다고 하였다. 호르몬 요법(hormone therapy)은 여러 폐경기 증상의 치료 및 음성 변화를 완화시키는 데에 도움이 되지만, 장기간 호르몬 치료의 단점이 있어 아직 논란이 있다[7-9].

Echinochrome A (6-ethyl-2,3,5,7,8-pentahydroxy-1,4-naphthoquinone, ECH)(Fig. 1)는 성게(Saphechinus mirabilis) 에 주로 함유되어 있는 성분으로 미토콘드리아 생합성 조절을 통한 항산화 기능을 하는 2,3,7-하이드록실 그룹(2,3,7-hydroxl group)을 가지고 있는 강력한 항산화 물질이다[10]. 활성 산소(free radical)에 의한 산화 스트레스(oxidative stress)는 성대 상처의 치유나 성대 노화에 관여하는 것으로 알려져 있으며, 항산화제는 성대 상처 모델이나 성대 노화 모델에서 ECM 구성 성분의 개선에 도움이 된다고 알려져 있다[11,12].

그래서 저자들은 ECH의 강력한 항산화 효과는 폐경 후 발생하는 성대고유층의 ECM 구성 성분의 변화에 영향을 줄 것으로 생각하였다. 본 연구자들은 이전 연구를 통하여 폐경을 모방하기 위해 난소 절제한 암컷 쥐에게 6주간 ECH를 단기 투여하여 에스트로겐 결핍에 의해 유발한 성대고유층의 ECM 구성 성분의 변화가 ECH 투여 후 개선됨을 확인하였다[13]. 본 연구에서는 같은 동물 모델에서 ECH의 장기간 사용 효과를 검증하기 위해 난소를 절제한 쥐에 ECH를 12주간 투여하여 ECH의 장기 투여에 따른 성대고유층의 ECM 구성 성분 변화를 확인하였다.

여성 성호르몬은 후두와 성대에 영향을 주어 목소리 생성에 영향을 준다고 알려져 있으며, 여성 목소리의 급격한 변화는 폐경기에 발생한다. 폐경 이후 여성의 음성은 낮은 기본 주파수와 음성 주파수 섭동 범위(vocal frequency perturbation range)에 제한이 있다[1,2]. 이러한 변화는 가수나 성우와 같은 직업으로 목소리를 사용하는 여성에서 사회생활에 영향을 준다. 본 연구자들은 난소 절제술을 받은 쥐에서 성대고유층에서 에스트로겐 감소에 의한 ECM 생성 및 분해의 영향을 보고하였다[6].

폐경 후 에스트로겐 감소에 의한 여러 기관의 생물학적 기능 감소는 폐경기 증상을 유발하고, 이러한 폐경기 증상은 에스트로겐 투여에 의해 도움이 된다. 호르몬 요법은 여러 폐경기 증상을 완화시키기 위해 오랫동안 사용되어 왔으며, 또한 에스트로겐 대체 요법은 폐경 후 발생하는 음성 변화에도 도움이 된다[13,14]. 폐경 후 에스트로겐 대체 요법을 받은 여성에서 목소리의 호전이 관찰되고, 특히 에스트로겐 대체 요법은 음성을 전문으로 많이 사용하는 직업군에서 폐경에 따른 목소리 변화를 예방하는데 사용될 수 있다. 그러나 에스트로겐 대체 요법의 안전성에 대해서는 아직 논란이 있다[7]. 따라서 폐경 후 발생하는 폐경기 증후군의 증상을 완화시키기 위한 다양한 대체 요법(미네랄, 비타민 보충제, 식물성 에스트로겐, 천연 호르몬 및 식물 화학 물질 등)이 연구되고 있으나 폐경 후 음성 변화에 대한 대체 요법은 아직 많은 연구가 없는 실정이다[14,15].

ECH는 성게에서 추출한 물질로 강력한 항산화제로 여러 생물학적 효과가 보고되었다. 동물 실험 모델에서 ECH는 포도당 농도, 지질 과산화를 감소시키며, 간에서 인슐린, 산화질소 및 내인성 항산화 효소의 수준을 증가시키고[16] 심장에서 미토콘드리아 기능을 향상시켜 심근 허혈/재관류 손상에 대한 보호 효과와 심근 경색의 크기를 최대 45%까지 감소시키는 효과가 있으며[17], 폐경 이후에 발생하는 침샘의 기능 저하에 의한 구강건조증의 예방 효과도 보고되었다[18].

자외선 B (ultraviolet B, UVB)에 노출시키거나 블레오마이신(bleomycin)으로 유도한 피부경화증(scleroderma)에서는 UVB와 블레오마이신에 의해 증가한 콜라겐이 ECH에 의해 분해되어 피부 손상을 억제한다는 보고가 있다[19,20]. 강력한 염증과 피부섬유화 유발 물질인 UVB와 블레오마이신에 의한 초기 염증 유발 단계에서는 조직의 재생과 치유를 위해서 염증성 신호와 세포들이 조직에 집중적으로 모이기 때문에, 콜라겐의 생성이 증가할 수 있다. 그러나 본 연구에서 OVX군에서 확인된 성대고유층의 콜라겐 감소는 폐경에 의한 에스트로겐의 장기간의 결핍에 의하여 콜라겐 생성 능력 저하와 콜라겐 섬유들의 분해로 인하여 만성적으로 걸쳐 일어난 것으로, ECH의 12주간 장기 투여를 통한 폐경에 의한 성대고유층 손상에서 점진적인 기능 회복에 대해 관찰하고자 하는 본 연구자들의 연구와는 차이가 있다고 생각되어진다. 본 연구자들은 이전 연구에서 폐경 동물에서 성대고유층의 ECM 생성 및 분해와 관련된 유전자 발현의 변화를 관찰하고, 6주간 ECH 투여 후 ECM 생성 및 분해와 관련된 유전자의 변화를 관찰한 바 있다[13]. 따라서 본 연구에서는 12주간 ECH를 장기 투여하여 6주간 투여와의 결과를 비교하고자 하였다.

혈청 에스트로겐 농도는 난소절제술 수행 이후 OVX군에서 현저하게 떨어졌으며 ECH의 투여는 투여기간과 상관없이 모두 에스트로겐 농도에 영향을 미치지 못했다. 그러나 에스트로겐 수용체는 모든 그룹간의 차이가 없었으며 이는 난소절제술이 혈청 에스트로겐은 감소시키지만 에스트로겐 수용체의 발현에는 영향을 미치지 않음을 의미하며 ECH 역시 에스트로겐 수용체 발현에는 영향을 미치지 않음을 확인하였다. ECH의 6주간 단기 투여와 12주간 장기 투여에서 히알루론산, 엘라스틴 그리고 MMP에 대한 영향은 비슷한 양상을 보였다. ECH의 12주 장기 투여도 에스트로겐 저하에 의해 감소된 히알루론산을 증가시키지 못하였으나 히알루론산 합성 효소의 mRNA의 발현은 일부 증가시켰다. 또한 ECH의 투여 기간 동안 에스트로겐 저하에 의한 엘라스틴은 지속적으로 감소하였으나, ECH 투여로 감소된 엘라스틴 섬유와 엘라스틴 전구체가 유의하게 증가하는 것을 확인하였다. 에스트로겐 감소에 의해 증가된 MMP-1과 8의 mRNA 발현이 ECH의 12주간 장기 투여에 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 콜라겐의 발현에 있어 6주와 12주 결과에 부분적으로 불일치하는 소견이 있다. 난소 절제술 6주 후에는 콜라겐 단백질의 발현은 감소하였으나, 콜라겐 전구체들의 mRNA 발현량의 차이가 없거나 오히려 증가하는 양상을 보였다. 그러나 난소 절제술 12주에는 콜라겐 단백질과 콜라겐 전구체들의 mRNA 발현이 모두 감소함을 확인하였다. 또한 ECH의 12주간 장기 투여시에 에스트로겐 결핍에 의해 감소된 콜라겐 단백질과 콜라겐 전구체들이 모두 증가하는 것을 확인하였다. 이는 난소절제술 후 급격한 에스트로겐 감소에 의해 콜라겐 전구체들의 변화가 있었으나, 에스트로겐 농도가 저하된 상태로 안정되면서 콜라겐 전구체 및 콜라겐 섬유들이 점진적으로 감소되고 ECH에 의해 증가됨으로 생각되어진다. 또한 산화스트레스의 확인 지표인 지질과산화물인 4-HNE를 성대고유층에서 확인하였으나 그룹간의 차이가 없었는데, 이는 지방이 거의 존재하지 않는 성대 고유층의 조직 구조 때문이라고 여겨지며, 산화-환원 전이에 영향을 미치는 효소인 SOD, CAT, 그리고 GPX가 난소절제술에 의해 감소하고 12주간의 ECH 투여에 유의하게 증가함을 확인하였다.

폐경 유발 동물 모델에서 성대고유층의 ECM 구성 성분 변화가 장기간 서서히 변화되는 것을 확인하였으며, 이러한 성대고유층 ECM의 구성성분 변화가 폐경 후 음성 변화의 원인이 될 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 ECH의 장기 투여는 폐경에 의한 성대고유층의 ECM 구성 변화를 호전시키는 것을 확인하였다. 이러한 소견은 ECH가 폐경 후 발생하는 음성 변화에 대한 새로운 호르몬 대체 요법이 될 수 있다는 것을 의미한다.