2011년도 Nobel 생리(生理) 의학상(醫學賞) : 자연(自然)(선천)(先天) 면역(免疫)(innate immunity)의 활성화에 관한 연구업적으로 B. A. Beutler와 J. A. Hoffmann, 그리고 수지상세포(樹枝狀細胞)(dendritic cell; DC)발견과 적응(適應)(획득)(獲得)면역(免疫)(adaptive immunity)에 있어서의 그들 세포의 역할을 밝혀낸 R. M. Steinman의 공동수상으로 금년도 Nobel 생리 의학상 수상자가 결정되었다는 보도가 지난 10월 3일 있었다(1-3). 그들의 업적을 요약하면 대략 다음과 같다. (Steinman교수는 Nobel수상자 발표 3일전인 9월 30일 암으로 사망함). 그들은 면역기구(immune system)의 활성화의 관건(key)이 되는 원리를 밝혀냄으로써, 면역기구에 관한 우리들의 이해를 혁신하였던 것이다. 과학자들은 오랫동안 세균(bacteria)이나 기타 미생물병원체들에 의한 공격에 대비하여 그들 자신을 방어하는 사람이나 기타 동물체에서의 면역응답(免疫應答)(immune response)의 문지기들을 탐색해 왔다. Beutler와 Hoffmann은 그와 같은 병원미생물을 인식하여 생체의 면역응답의 첫 단계인 자연면역을 활성화 할 수 있는 수용체 단백질(toll-like receptor protein)을 규명한 것이다(4,5). 한편 Steinmann은 면역계의 수지상세포(DC)와 병원미생물이 생체로부터 배제되는 면역응답의 후기단계인 적응면역을 활성화하고 조절하는 그들의 독특한 재능을 규명해 낸 것이다(6-8). 그들 3명의 발명은, 면역응답의 자연 및 적응 양상(樣相)이 어떻게 활성화되는 가를 밝혀냄으로써 질병의 기전에 관한 참신한 식견(識見)을 제공한 것이다. 그들의 연구는 감염병(感染病)(infectious disease), 암(癌)(cancer) 그리고 염증성질환(炎症性疾患)(inflammatory disease)에 대응하는 예방과 치료의 개발을 위한 새로운 방법을 개척한 것이다.
본 시험은 면역계에서 중요한 역할을 담당하는 세포가운데 하나인 대식세포(Raw 264.7)를 게르마늄 강화 효모가 활성화시키는지 여부를 알아보기 위하여 대식세포의 배양액으로부터 NO와 $TNF-{\alpha}$의 생성을 in vitro 상에서 알아보고 iNOS의 발현 정도를 확인하고자 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 게르마늄 강화 효모 처리 후 세포 생존율(%)과 NO 생성량은 $10\;{\mu}g/ml$의 처리 농도에서 유의적으로 증가하였다(p < 0.05). 또한 NO 생성을 매개하는 iNOS의 발현 역시 $10\;{\mu}g/ml$의 농도에서 증가한 것으로 나타났다. 면역 및 항암 조절 인자로 알려진 $TNF-{\alpha}$의 생성 역시 농도 의존적으로 증가하였으며, $10\;{\mu}g/ml$의 처리 농도에서 유의적으로 증가하였다(p < 0.05). 이는 게르마늄 강화 효모가 항암 및 면역 증진 기능과 관련이 있는 $TNF-{\alpha}$ 분비를 촉진시키는데 영향을 준 것으로 사료된다. 따라서 본 시험 모델에서 게르마늄 강화 효모는 iNOS 발현을 조절하여 NO 및 $TNF-{\alpha}$의 생성을 매개하여 면역조절 기능에 도움을 줄 것으로 사료된다. 이것은 면역기능에 있어서 중요한 역할을 하는 대식세포를 활성화시켜 면역력을 활성화시키므로 세포성 면역의 활성화를 도모하고 손상된 면역 체계의 정상화에 영향을 주어 면역 강화 및 항암 예방 기능성 신소재로의 가능성을 지니는 것으로 사료된다.
작약은 염증성 질환을 치료하기 위해 사용되어 온 전통 약용식물이다. 최근 작약은 대식세포에서 면역조절인자의 분비를 증가시키고 포식작용을 증가시킨다고 보고되었다. 그리하여 본 연구에서 추출조건별 작약의 대식세포 활성화 유도를 비교하였다. 온도조건 별 작약추출물은 4℃에서 60℃까지는 면역조절인자의 분비를 증가시켰지만, 80℃에서는 면역조절인자의 분비가 다소 감소하였다. 60℃에서 시간별 추출조건에서는 1시간에 24시간까지 면역조절인자의 분비가 유사하였다. 따라서 본 연구결과를 종합해 볼 때, 작약은 60℃에서 1시간 추출하는 것이 대식세포 활성화를 위한 최적 조건이라고 판단된다.
면역 체계와 대사 체계는 항상성을 유지하는데 중요한 요소이다. 면역 반응과 대사 조절은 연관성이 높아, 정상적인 대사가 교란되면 대사 질환이 발생하며, 면역 반응에도 변화가 발생하였다. 마찬가지로, 비만은 면역 반응과 높은 관련이 있다. 에너지 대사의 불균형으로 발생하는 비만은 인슐린 저항성, 제2형 당뇨병, 지방간 질환, 동맥경화증, 고혈압 등의 대사 질환과 관련이 있다. 알려진 바로는, 비만은 낮은 수준의 염증이 만성화된 상태가 특징이다. 비만 환경에서, 면역세포의 미세 환경은 대식세포, 자연살해세포, T세포 같은 면역세포의 독특한 활성화 표현형에 의해 염증성이 되었다. 또한, 면역 세포는 세포 간의 기전, 사이토카인을 매개하는 기전을 통해 상호작용하여 비만으로 인한 염증 반응을 강화한다. 이러한 현상은 기존의 췌장 리파아제나 알파-아밀라아제 같은 체내 효소의 억제나 지방전구세포의 분화를 억제를 표적으로 하는 일반적인 비만의 약리학적 치료 외에 면역세포 활성화 조절을 표적으로 하는 비만의 약리학적 치료 전략을 시사한다. 본 논문에서는 대식세포, 자연살해세포, T세포의 활성화 표현형과 비만 환경 내이들의 양상에 대해 정리하였다. 또한, 본 논문에서는 현재까지 확인된 면역세포의 활성화 조절을 통한 비만을 완화하는 약리학적 물질에 대해서 정리하였다.
역학 연구에 따르면 임신 중 산모의 감염, 산모의 스트레스, 환경적 위험 요인이 태아의 인지 장애와 관련된 뇌 발달 이상 위험을 증가시키고 정신분열증 및 자폐 스펙트럼 장애에 대한 감수성을 증가시키는 것으로 나타났다. 여러 동물 모델은 모체 면역 활성화(MIA)가 태아와 자손의 비정상적인 뇌 발달 및 행동 결함을 유발하기에 충분하다는 것이 입증되었다. 모체 면역활성화 동물 모델에는 흔히 바이러스 모방 Poly I:C 또는 박테리아 유래물질 LPS 등을 임신한 어미에 도입시킴으로서 모체 면역이 활성화되며, 친염증성 사이토카인이 증가하고 자손의 뇌에서 미세아교세포 활성이 관찰되었다. 미세아교세포는 중추신경계에서 중재 역할을 하는 뇌 상주 면역 세포이다. 미세아교세포는 식균 작용, 시냅스 형성 및 분지, 혈관 신생과 같은 다양한 기능을 담당하는 것으로 알려져 있다. 여러 연구에서 미세아교세포가 모체면역활성화 자손에서 활성화되어 있고, 다양한 사이토카인과의 상호작용을 통해 자손 행동에 영향을 미침이 보고되었다. 또한 신경세포와 별아교세포와의 상호작용을 통해 뇌회로에서도 중요한 역할을 담당한다. 그러나 미세아교세포가 뇌 발달 및 행동 결함에 필수적인지에 대해서는 논란이 있으며 정확한 메커니즘은 아직 알려지지 않다. 따라서 뇌 발달 장애의 잠재적 진단 및 치료를 위해서는 모체면역활성화 동물 모델에서 미세아교세포 기능 연구의 필요성이 더욱 요구되고 있다.
이상의 연구 결과로 미루어 볼 때, 산돌배 열매추출물은 대식세포에서 TLR2와 TLR4를 자극하여 MAPKs 신호전달을 활성화하여 NO, iNOS, IL-1𝛽, IL-6 및 TNF-α와 같은 면역증진 인자의 생성을 유도하고, 대식세포의 포식작용을 활성화시키는 것으로 판단된다. 따라서 산돌배 추출물은 대식세포의 활성화를 통해 인체의 면역시스템을 강화할 수 있으므로, 향후 면역 보조제나 면역증진을 위한 기능성 식의약품 개발을 위한 소재로 활용이 가능할 것으로 생각한다.
기능성 다당체는 자연계에 두루 존재하며 특히 많은 천연소재 유래 다당체의 경우 거의 부작용없이 광범위한 면역조절 기능을 나타내는 것으로 보고되고 있다. 이들 다당체의 면역증진 기능성은 다양한 경로와 타켓을 대상으로 나타나고 있으며 각 다당체의 기능성 차이는 그들에 구조적 차이에 기인한 것으로 판단되고 있다. BRM의 일종으로 천연소재 유래 다당체는 면역기관이나 T와 B 림프구, 대식세포, NK cell, LAK 세포 및 수지상 세포 등 면역세포의 활성화, 사이토카인 및 항체의 생성, 적혈구의 면역기능에 영향을 미쳐 생체방어 기능, 즉 면역기능을 증진시켜 주는 것으로 보고 되었다. 또한 lentinan, PSK, PSP, PUPS 등과 같이 이미 잘 알려진 다당체의 경우, 이들 다당체가 지닌 품질 안정성, 정확한 효능, 낮은 독성 및 부작용 등을 근간으로 다양한 항암치료제의 보조제로서 활용가능성도 높아지고 있다. 반면 다당체를 이용한 기능성 구명 연구에서는 몇 가지 제한이 있는 것도 사실이다. 첫째로 비교가능한 적절한 기능성 다당체의 비교 표준이 부재하다는 것이며 두 번째로는 대부분의 다당체 관련 연구가 보다 철저한 구조적, 정성적 연구결과 없이 주로 추출물을 이용한 연구로 진행되어 정확한 분자수준에서의 면역조절 기전을 구명하기 어렵다는 점이다. 마지막으로 정확한 기능 구명을 위한 신호전달경로 관련 연구, 수용체 관련연구 및 임상연구 등이 부족하다는 점이다. 따라서 향후 다당체를 이용한 면역력 증진 등 기능성 구명연구의 활성화를 위해서는 보다 정확한 기능성 다당 분획의 구조분석 및 동정 연구가 수행되어야 할 것이며 이는 분자 수준의 기능성을 이해하는데 주요한 요인이 될 것으로 판단되었다.
인체 적응 면역 반응을 일으키는데 중요한 항원 특이적 T 세포를 활용한 면역 세포 치료에서 T 세포를 체외에서 배양하고 클론 확장시키는 과정은 매우 섬세하고 복잡하여 조절하기가 쉽지 않아 T 세포의 활성화와 클론 확장을 유도하면서도 조절 및 취급이 용이한 인공 항원제시세포 개발의 필요성이 대두되고 있다. 인공 항원제시세포는 인체의 항원제시세포의 세포 표면 분자와 작용을 모방하게 되는데, 기본적인 신호 분자인 MHC-항원 복합체, 공동 자극 분자, 그리고 용해성 면역 조절 분자를 필수적으로 발현하여야 한다. 또한 T 세포가 항원과 접촉할 때, 이들 분자들이 잘 조직화되어 작용하는 것이 효과적인 T 세포 활성화에 중요하다. 본 논문에서는 여러 인공 항원제시세포 제작 방법과 세포 표면 분자들의 결합 방법과 물리적인 특성이 T 세포와의 상호작용에 중요함을 고찰하였으며, 효과적인 T 세포 활성화를 유도하며 면역세포치료에 적용 가능한 인공항원제세세포의 제작 방법을 살펴보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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