색각(color vision)은 인간의 시각 지각의 중요한 요소입니다. 망막의 3종류 원추세포(S원추·M원추·L원추)가 서로 다른 파장의 빛을 흡수하고, 그 신호의 비교 처리에 의해 색이 지각됩니다. 포유류의 대부분은 이색형 색각이지만, 영장류는 X염색체상의 M원추·L원추 유전자의 중복과 분기에 의해 삼색형 색각을 획득했습니다.
색각에 이상을 일으키는 상태를 색각 이상(color vision deficiency)이라고 합니다. 선천성 색각 이상과 후천성 색각 이상으로 크게 나뉩니다.
선천 적록색각 이상의 빈도는 인종 차이가 있으며, 백인 남성에서 68%, 일본인 남성에서 약 5%, 여성에서 약 0.2%이다. 흑인 남성에서는 24%로 다소 낮다. 아프리카 전체 메타분석에서는 유병률 2.71%로 보고되었다3). 북유럽계 남성에서는 최대 8%에 달하며, 전 세계에서 가장 빈도가 높은 단일 유전자 질환 중 하나로 간주된다4).
일본에서는 2003년부터 초등학교에서 색각 검사가 임의 시행으로 바뀌어, 색각 이상을 모른 채 성장하는 사례가 증가했다. 이후 2014년 문부과학성 통지에 따라 학교에서의 색각 검사와 배려가 다시 적극적으로 이루어지게 되었다.
일본인 남성에서는 약 5%, 여성에서는 약 0.2%에서 나타난다. 백인 남성에서는 6~8%로 더 높은 빈도이다. 여성 보인자는 약 10%로 추정된다.
선천 색각 이상에서는 색 오인에 대한 자각이 부족한 점이 가장 큰 특징이다. 감각이 선천적이기 때문에 본인이 색의 차이를 알아차리기 어렵다. 다음 조건에서 색 오인이 발생하기 쉽다.
유아기에는 색을 잘못 구별하기 쉽지만, 경험의 축적으로 성장하면서 오인 빈도는 감소한다.
후천성 색각 이상에서는 정상 색각의 기억이 있기 때문에 색각의 변화를 자각하는 경우가 많다. 시력 장애·시야 장애를 동반하는 경우도 많으며, 생활상의 불편 정도는 이들이 색각 장애보다 더 크다.
전색맹(간체 단일색각)에서는 다음과 같은 증상을 나타낸다.
성장함에 따라 눈부심이나 안진은 호전되는 경우가 많습니다.
선천 적록색각 이상의 색각 특성으로, 2색각에서는 정상 색각에서는 다른 색이 비슷하게 보이는 혼동색이 발생합니다. CIE 색도도 상의 혼동색 궤적이 특징적입니다.
후천성 색각 이상의 임상 소견에는 다음과 같은 특징이 있습니다.
대뇌성 색각 이상에서는 시야가 흑백으로 보이거나, 채도가 낮아져 회색빛으로 보인다고 호소합니다. 안면인식장애나 지리적 방향감각 상실을 동반하기 쉽습니다. 동명반맥(주로 상부 1/4반맥)을 동반합니다.
전색맹의 검사 소견으로, 망막전위도(ERG)에서 원추체 반응이 이상을 보입니다. 패널 D-15 검사에서는 scotopic 축을 나타냅니다. 간체 단색형 색각과 S원추체 단색형 색각의 감별에는 특수한 S원추체 망막전위도가 유용합니다.
선천성
선천 적록색각 이상: X-연관 열성 유전. L유전자와 M유전자는 X염색체 장완 Xq28에 존재합니다. 유전자의 높은 상동성(98%)으로 인해 불균등 교차가 쉽게 발생합니다.
선천 청황색각 이상: 상염색체 우성 유전. S원추세포 시색소 유전자는 7번 염색체(7q22-qter)에 위치합니다. 13,000~65,000명 중 1명으로 매우 드뭅니다.
전색맹(간체 단일색각): 상염색체 열성 유전. 빈도는 약 1/30,000입니다. CNGA3, CNGB3 등 6개의 원인 유전자가 확인되었습니다1).
후천성
시신경 질환: 시신경염, 구후시신경병증, Leber 유전성 시신경병증, 우성 유전성 시신경 위축(청황색 이상을 나타냄).
망막 질환: 당뇨망막병증, 망막색소변성, 나이관련황반변성, 중심장액맥락망막병증, 원추세포이상증.
기타: 녹내장, 백내장, 약물 유발(실데나필, 디곡신), 대뇌 병변, 심인성.
콜너의 법칙(Kollner’s rule, 1912)에 따르면, 망막·황반의 병변은 청황색각 이상을, 시신경의 병변은 적녹색각 이상을 일으키는 경향이 있다. 그러나 현재는 망막·시신경 질환 모두 초기에는 후천성 청황색각 이상을 보이는 경우가 많다고 인식되고 있다.
약물 유발 색각 변화의 대표적인 예는 다음과 같다.
실데나필은 일과성 청색시를, 디곡신은 황색시를 일으킬 수 있다. 모두 망막 광수용체에 대한 약리 작용에 기인한다. 시신경 독성이 있는 약제도 후천성 색각 이상의 원인이 될 수 있다.
색각 이상 검사는 목적에 따라 구분하여 사용한다. 선천성 색각 이상 검출에는 선별용 가성 동색표를 여러 개 조합하여 사용한다. 확진에는 아노말로스코프가 필요하다.
혼동색 이론을 이용한 검사표이며, 가장 일반적인 색각 선별법이다.
가성 동색표는 어디까지나 선별용이며, 이상형이나 정도의 판정을 이 표만으로 해서는 안 된다.
빨간색(671nm)과 초록색(546nm)의 혼색광을 노란색(589nm)의 단색광과 등색시키는 Rayleigh 등색에 기반한 검사 기기이다. 선천성 색각 이상의 이상형과 정도의 확정 진단이 가능한 유일한 검사 기기이다. S 원추세포의 관여가 없으므로 3형 색각의 진단에는 사용할 수 없다.
주요 색각 검사법의 특징을 아래에 요약합니다.
| 검사법 | 주요 용도 | 검사 시간 |
|---|---|---|
| 이시하라 표 | 적록색 이상 선별 검사 | 5~10분 |
| 아노말로스코프 | 확진 진단(형·정도) | 약 30분 |
| 패널 D-15 | 정도 판정·직업 적성 | 3~5분 |
| 100 휴 테스트 | 색 식별 능력의 정량 평가 | 15~20분 |
| CCT | 선천성·후천성 정량 평가 | 5~20분 |
선천성 색각 이상에 대한 근치적 치료법은 현재 존재하지 않습니다. 치료의 중심은 상담과 사회적 지원입니다.
전색맹의 증상 관리로, 눈부심 완화를 위해 차광 렌즈나 유색 콘택트렌즈가 사용된다. 적색 렌즈가 눈부심 완화에 유용하다는 보고가 있다1). 그러나 색각 자체의 개선은 얻을 수 없다.
후천성 색각 이상은 어디까지나 원질환의 이차적 변화이므로, 치료는 원질환에 대해 시행한다. 색각 검사는 병태·병세의 지표로 사용된다.
원추세포에서 광수용 변환 과정은 다음과 같습니다. 광자가 옵신(G단백질 결합 수용체)에 결합된 11-시스-레티날의 광이성질화를 유발합니다. 전트랜스형 레티날로의 변환으로 옵신의 구조 변화가 일어나 G단백질(트랜스듀신)이 활성화됩니다. 활성화된 트랜스듀신은 포스포디에스테라제(PDE)를 자극하여 cGMP 분해를 촉진합니다. cGMP 농도 감소로 cGMP 개폐 양이온 채널이 닫히고 광수용 세포는 과분극됩니다1).
암소에서는 일정 농도의 cGMP가 채널을 개방 상태로 유지하여 양이온 유입(암전류)으로 광수용 세포가 탈분극되어 있습니다. 광자극은 이 암전류를 중단시키고 글루타메이트 방출을 감소시킵니다.
색 정보는 망막 신경절 세포를 통해 외측슬상체(LGN)로 전달됩니다.
LGN 이후에는 후두엽의 V1, V2, V4 피질 영역으로 정보가 전달됩니다. V4 영역에는 색 처리에 관여하는 세포가 많이 존재합니다. 복측 후두엽 피질의 손상은 완전 대뇌성 전색맹을, 후두측두엽의 손상은 반측 전색맹을 유발할 수 있습니다5).
색 지각에서는 다음 원리가 중요합니다.
전색맹(간체 단일색각)의 원인 유전자로 6종이 동정되었습니다1).
주요 유전자
CNGA3(2q11.2): CNG 채널 α 서브유닛. 전체 증례의 약 25%를 차지합니다.
CNGB3（8q21.3）：CNG 채널 베타 서브유닛. 가장 흔하며 약 50%를 차지합니다.
GNAT2（1p13.3）：원추세포 특이적 G 단백질 알파 서브유닛. 약 1.7%.
희귀 유전자
PDE6C（10q23.33）：PDE 촉매 알파 서브유닛. 약 2.4%.
PDE6H（12p12.3）：PDE 억제 감마 서브유닛. 약 0.3%.
ATF6（1q23.3）：소포체 스트레스 반응에 관여하는 전사 인자. <2%.
CNGA3 및 CNGB3의 돌연변이는 CNG 채널의 기능 상실을 유발하여 원추세포의 광수용 변환 캐스케이드 전체를 중단시킵니다. GNAT2 돌연변이에서는 일부 색각이 유지되는 사례도 보고되었습니다1).
L 원추 옵신 유전자(OPN1LW)와 M 원추 옵신 유전자(OPN1MW)는 모두 X 염색체 Xq28에 직렬로 배열되어 있습니다. 두 유전자는 98% 이상의 뉴클레오티드 서열 상동성을 가지며, 불균등 교차에 의한 하이브리드 유전자 형성이 빈번하게 발생합니다. 분광 흡수 특성의 차이는 주로 엑손 5의 277번째와 285번째 아미노산 잔기에 의해 결정됩니다.
전색맹의 원인 유전자는 모두 코딩 서열이 2,600염기쌍 이하이며, AAV 벡터에 탑재가 가능합니다. 현재 CNGA3 및 CNGB3를 표적으로 한 여러 제I/II상 임상 시험이 진행 중입니다1).
주요 임상 시험의 개요를 아래에 제시합니다.
| 시험 ID | 표적 유전자 | 벡터 | 실시 국가 |
|---|---|---|---|
| NCT02610582 | CNGA3 | rAAV8 | 독일 |
| NCT02935517 | CNGA3 | AAV2tYF | 미국·이스라엘 |
| NCT03001310 | CNGB3 | AAV8 | 영국 |
Fischer 등(2020)은 NCT02610582 시험에서 AAV8.CNGA3의 망막하 주사의 안전성과 기능 개선을 보고했습니다. 치료 1년 후 시력, 대비 감도, 색각의 개선이 인정되었고, 환자 보고 결과에서도 색 식별 능력의 향상이 확인되었습니다1).
Michaelides 등(2023)은 NCT03001310 시험에서 AAV8-hCARp.hCNGB3를 성인 11명, 소아 12명에게 투여했습니다. 안전성은 허용 범위 내였으며, 일부 피험자에서 광감도나 시각 관련 삶의 질(QOL)의 개선이 나타났습니다1).
Mancuso 등(2009)은 성체 적록색각 이상 영장류에 제3의 옵신을 도입하여 삼색형 색각 획득을 입증했습니다. 이 결과는 초기 발달 단계를 거치지 않아도 삼색형 색각이 성립될 수 있음을 시사합니다1).
단, 유전자 치료로 실험 동물이 새로운 색을 ‘지각’할 수 있게 되었는지는 아직 증명되지 않았으며, 인간에 대한 임상 적용에는 여전히 과제가 남아 있습니다1).
색각 교정 안경(Enchroma 등)은 다단 노치 필터로 빨간색과 녹색의 파장 중첩을 제거하는 원리이지만, CAD 검사에서는 증상의 유의미한 개선이 나타나지 않았습니다1). 유색 콘택트렌즈(금 나노입자 함유 하이드로겔 등)의 개발도 진행 중이나, 모두 연구 단계입니다.
향후 망막, 시신경, 시각 피질에 전극을 이식하여 인공 색각을 실현하는 기술이 검토되고 있습니다5). 현재는 저해상도 흑백 시각 재현에 그치고 있으며, 제어된 색각 재현은 달성되지 않았습니다.
