Address for correspondence : Hwan Ho Lee, MD, PhD, Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Kosin University College of Medicine, 262 Gamcheon-ro, Seo-gu, Busan 49267, Korea
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서론

중이염은 소아기에 발생하는 가장 흔한 질환 중의 하나이고 개발도상국과 선진국에서 모두 호발하고 있는 질환이다.1) 3세 이전의 소아들은 약 80%가 한 번 이상의 중이염을 경험하고 7세 이하의 연령에서 40%는 6번 이상의 중이염을 경험한다.2) 언어습득시기의 반복성 또는 만성 중이염은 언어, 학습장애를 초래할 수 있고 심각하고 지속적인 경우에는 영구적인 중이와 내이의 장애를 유발할 수 있다.3) 중이염의 병인은 이관기능장애, 알레르기, 바이러스와 세균감염, 중이와 이관점막의 섬모기능장애, 흡연에의 노출, 위식도역류, 집단 보육시설에 다니는지의 여부 등의 여러 가지 요인에 의한 상호복합적인 것으로 알려져 있다.4) 중이염은 급성중이염과 만성 화농성 중이염으로 나누어진다. 급성중이염은 세균감염이 중요한 원인으로 다양한 세균과 바이러스에 의해 발생하여 주요 원인균주는 Streptococcus pneumonia, Heamophilus influenzae, Moraxella catarrhalis로 알려져 있다.
항생제 치료에도 불구하고, 급성중이염이 중이와 유양동에 지속적인 염증과 감염이 있는 만성 화농성 중이염으로 진행될 수 있다.5) 만성 화농성 중이염은 고막천공, 이소골 움직임저하, 분비물로 인해 중이로부터 내이로 전달되는 음에너지 소실이 발생하는 전도성 난청이 발생한다. 만성 화농성 중이염의 주요 원인 균주는 Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus이다.6,7,8,9) 미생물에 대한 숙주방어는 초기의 선천면역(innate immunity)과 후기의 적응면역(adaptive immunity) 반응에 의해 매개된다. 선천면역은 감염 이전에 존재하는 세포성 및 생화학적 방어 기전으로 구성되며 감염에 대해 즉시 반응한다. 이러한 기전은 오로지 미생물과 그에 의해 손상된 세포들의 산물에 대해서만 반응하며, 반복된 감염원에 대해서도 기본적으로 동일한 방식으로 반응을 나타낸다. 또한 선천성 면역은 적응면역반응을 자극하고, 조절한다. 본 논문은 중이염에서 선천면역의 역할에 중점을 두고 선천면역계가 어떻게 감염에 대한 방어를 담당하는지에 대한 최신 연구를 살펴보고 향후 확대된 중이염의 발병기전과 병태생리를 이용해서 새로운 치료법을 제시할 수 있는지를 알아보고자 한다.

본론

선천면역은 피부와 호흡기 및 위장관 점막과 같은 상피장벽, 순환 및 조직세포, 순환작동 혈장단백질 및 사이토카인으로 구성되어 있다(Table 1). 이 중 상피장벽은 미생물 침범을 받기 전에도 상시 가동되고 있다. 선천면역의 다른 구성요소들은 정상적인 상태에서는 비활동성이지만, 일단 미생물이 침입하면 신속하게 반응을 한다.

선천면역 인식과정의 특징
선천면역의 구성요소들은 포유동물에서 세포에는 존재하지 않은 구조, 즉 병원성 미생물에 특징적으로 존재하는 구조를 인식한다. 선천면역의 미생물표적에는 특징적으로 나타나는 분자유형(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)이 있으며, 이러한 구조를 인식하는 인식 수용체(pattern recognition receptors, PRRs)가 있다.10) 여러 종류의 미생물(예: 바이러스, 진균, 세균)은 서로 다른 PRRs에 의해 인식되는 다양한 분자유형을 발현한다. 적응면역계와 달리 선천면역계는 포유류(자기; self) 분자는 인식하지 못하나 미생물(비자기; non-self) 분자는 인식할 수 있다. 그래서 자기 항원에 대한 적응면역반응이 발생하지 않는 것으로 추정된다. 선천면역계는 미생물의 생존에 필수적인 미생물 산물도 인식할 수 있다. 선천면역계의 PRRs는 세포 표면에 발현되거나 또는 다양한 세포 내에 발현되는 세포 연관 PRRs와 혈액과 세포외액의 수용성 단백질들을 포함한다. 또한 선천면역계의 PRRs는 적응면역의 유전자 재배열(gene rearrangement)과 비교해서 제한된 레퍼토리를 가진 배선(germ line) 상태의 유전자를 가지고 있기 때문에 적응면역에 비해서 제한된 수의 미생물의 유전자를 인식할 수 있다. 미생물 산물 이외에도, 선천면역계는 스트레스를 받거나 손상된 숙주세포도 인식한다.

선천면역계의 구성요소
선천면역계는 1) 상피와 상피표면의 상피장벽(epithelial barriers)에서 분비되는 물질에 의한 물리적, 화학적 장벽, 2) 포식세포와 자연살해(natural killer, NK)세포, 3) 보체계와 기타 면역 매개자들을 포함하는 순환 혈장단백질, 4) 선천면역에 관여하는 세포들의 여러 활성을 조절하는 사이토카인 단백질로 구성되어 있다(Table 1).

상피장벽
정상 중이상피 표면에는 외부 환경에 있는 미생물과 숙주의 조직 사이의 점막상피세포층에 의해 보호되는 물리적 장벽(physical barrier)이 있다. 중이점막의 상피세포가 가지고 있는 화학적 방어체계는 glycoprotein, 표면활성제(surfactant), 디펜신(defensin), 인터페론, 락토페린(lactoferin), nitro oxide 같은 방어물질, 적응면역반응(adaptive immune response)에 관여하는 항체 등이 있다.

디펜신(Defensin)
디펜신은 29~34개의 아미노산으로 이루어진 3.5~6 kDa 정도의 작은 양이온의 펩티드로 세 개의 사슬 내 이황화결합을 가지고 있다. 디펜신은 미생물의 세포막에 pore를 형성함으로써 선천면역 방어기제를 수행하는 것으로 추정한다. 일부의 디펜신은 pro-inflammatory cytokines/chemokines를 자극하고, 호중구, 비만세포, T림프구, 수지상세포 등의 유인물질로 작용하기도 한다. 디펜신은 이황화결합의 위치에 따라 α, β와 ø의 세 종류가 있고, α-디펜신은 소장의 Paneth세포에서 주로 발견되고 β-디펜신(β-defensin)은 점막 표면의 상피세포들과 단핵구, 비만세포, 호중구, NK 세포, 세포특성 T림프구 등의 세포들에서 발견된다. 중이점막 세포는 여러 미생물에 대항하여 BD를 분비하는데 BD 2, 3, 4가 중이염 모델의 이관점막에서 증가되어 있었지만 정상인에서는 증감이 없었다.11) 특히 사람의 점막에서 BD 2가 non-typeable Haemophilus influenzae(NTHi)로 인한 중이염과 인터루킨-1α 같은 사이토카인에 의해 증가한다고 보고되고 있다.12,13) 이는 toll like receptor 2(TLR2)를 거쳐 MyD88-IRAK-TRAF6-P38 mitogen activated protein kinase(MAPK) 신호전달체계를 통하여 이루어진다고 밝혀져 있다.13) 최근에, BD 3가 포유류의 중이점막에서 NTHi균주를 포함한 그람양성, 음성균을 사멸시키는 것이 관찰되었다. 또한 인간에서 BD 3가 NTHi제거에 중요한 역할을 하고, biofilm에 의해 억제되어 중이염의 진행에 역할을 한다는 보고가 있다.14)

뮤신(Mucin)
호흡기 상피표면은 윤활작용, 습도조절을 하고 외부의 독성물질과 감염원에 대한 방어작용을 하는 점액(mucus)으로 덮혀있다. 점액유전자에 의해 생성이 조절되는 뮤신이 점액의 생화학적, 물리적 특성을 조절한다. 뮤신은 다양한 병적 환경에서 증감이 있을 수 있는 고분자 당단백질(2~30 MpPa)이다. 점액 유전자는 지금까지 인간에서 20여 개가 발견되었으며, 호흡기에서 발현되는 중요한 점액유전자는 MUC2, MUC4, MUC5AC, MUC5B, MUC8으로 알려져 있다. 이 중 중이 점막에서는 MUC2, MUC5AC, MUC5B가 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다.15,16,17) MUC5B는 신경의 활성화와 interleukin(IL)-6, 9, 13과 tumor necrosis factor(TNF)-α 같은 자극에 의해 MAPK 신호전달로를 통해 발현되는 것으로 보고되었다.18) 만성화농성중이염 환자의 귀의 분비물에서 뮤신 단백질이 증가되어 전도성 난청을 일으킬 수 있지만 그러나, 중이염의 인간중이점막상피세포에서 뮤신 분비가 증가된 것에 대한 분자생물학적 기전은 아직 알려져 있지 않다.19)

라이소자임(Lysozyme)
라이소자임은 항세균 물질로서 인간호흡기의 상피세포에서 분비되어 세균의 세포벽의 peptidoglycans에 존재하는 N-acetyl muranmic acid와 N-acetyl glucosamine 사이의 결합을 분해시켜 균을 사멸시킨다. 포유류의 여러 점막조직과 점막조직에서 분비된 분비액에서 검출된다. 특히, 포유류의 이관주위 세포에서 많이 검출되고 중이염에서 락토페린과 같이 중요한 역할을 한다.20) 라이소자임과 인간-BD 2는 같이 작용하여 Streptococcus pneumonia를 사멸시킨다.21) 라이소자임은 중이 점막의 분비세포를 비롯하여, 이관의 장액세포, 대식세포, 다형핵 백혈구 등에서도 분비되며, 만성 삼출성중이염의 삼출액에서 높은 농도로 검출이 된다.22) 중이의 세균 방어 기전과 중이염 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다.

락토페린(Lactoferin)
락토페린은 80 kDa 정도의 철과 결합하는 당단백질로 박테리아 성장을 억제시키고 다형핵 백혈구를 염증 부위에 유지시키는 역할을 한다.23) 중이 및 이관의 상피세포와 다형핵 백혈구에서 분비되어 중이염 환자의 삼출액과 만성중이염 환자의 중이 저류액에서 농도가 높다는 보고가 있다.24) 한편, 중이염 인체 중이점막에서 alpha 1-antitrypsin, 라이소자임 등 항미생물 물질은 증가되어 있지만 락토페린은 증가되지 않았다는 최근 보고도 있으므로 앞으로 좀 더 많은 연구가 이루어져야 한다고 생각한다.25)

Toll-유사 수용체(Toll-like receptors, TLR)
TLR은 대표적인 PRRs 중 하나로 다양한 세포에 발현되어 있으며 미생물에 대한 선천면역반응에서 중요한 역할을 담당한다. 13개의 포유류 TLR 유전자가 있으며(11개가 인간에서 발현됨), 이들은 각기 특징적인 PAMP를 인지하는 것으로 알려져 있다.
TLR 1, 2, 4, 5, 6은 세포표면에 존재하며, 따라서 미생물을 인식할 수 있다. TLR 신호를 자극할 수 있는 미생물 산물에는 그람음성균의 지질다당류(lipopolysacharide, LPS), 그람 양성균의 peptidoglycan, 세균 지단백, 리프테이코익산, lipoarabinomannan, zymosan, 세균 섬모 단백 플라겔린(flagellin), 세포 융합 바이러스 융합 단백질, 메틸화하지 않는 CpG 뉴클레오티드, 이중가닥 RNA(ds RNA) 및 단일가닥 RNA(ss RNA) 등이 있다. TLR 3, 7, 8, 9는 주로 세포내 내형질세망과 엔도솜막에 발현하여 미생물 핵산을 탐지한다. TLR이 활성화되면 조정단백질(adaptor molecule)과 TLR 모두에 존재하는 Toll/IL-1 receptor(TIR) 영역의 상동 기간 사이의 상호결합을 통하여 신호전달이 시작된다. 알려진 조정분자는 myeloid differentiation factor-88(MyD88), Mal(MyD88 adaptor-like), TIR-domain-containing adaptor including IFN-β(TRIF), TRIF-related adaptor molecule가 있다.26) TLR 중에서 TLR3만 MyD88 비의존경로인 TRIF 경로를 통하여 IFN-regulatory factor를 활성화하여 제1형 인터페론(interferon, IFN)의 생산에 관여한다. 그 외의 TLR은 MyD88과 결합한 후 IL-1 수용체 연관 키나아제(interleukin receptor-associated kinase, IRAK)와 상호작용하며, 또한 IRAK는 TNF-receptor-associated factor-6(TRAF-6)과 상호작용하여 NFĸB를 활성화시켜 염증전사이토카인(proinflammatory cytokine)인 TNF, IL, MAPK 등의 발현을 증가시킨다(Fig. 1). 중이염에서 NTHi 세균 표면의 peptidoglycan과 outer membrane protein P6 같은 연관단백질이 TLR2를 통하여,27) lipooligosaccharide는 TLR2, TLR4를 통해 면역 반응을 일으킨다.28) TLR2, TLR4, MyD88 결핍동물에서 NTHi에 의해 중이염이 발생 때 불충분한 점막 면역반응에 의해, 점막의 증식이 잘 회복되지 않고, 중성구나 대식세포의 유입이 지연되면, 세균이 박멸되고, 감염으로부터 회복되는데도 더 많은 시간이 소요된다고 알려져 있다.29,30,31,32)

NOD-like receptors(NLRs)
NLRs는 특정하게 보존된 영역구조를 가진 세포질분자 가계로, 세균감염에 대한 세포 내 감지장치로 작용한다. 이들 중 몇몇은 세포내의 특정 리간드와 결합하여 염증 반응을 시작하는 신호전달을 개시한다고 알려져 있다.33) NLRs의 23개의 아부류 중에서 nucleotide oligomerization domain-containing protein(NOD)1과 NOD2가 중이염의 병인에 중요한 역할을 한다.34) NOD1, NOD2 등 NLRs는 중이염에서 세균 세포벽의 일반적인 구조물인 peptidoglycan 파생물을 인식하고 단백키나아제(RIP like interacting CLARP kinase)를 보충하여 NF-ĸB를 활성화시키고, inflammasome을 생성시켜 사이토카인 및 선천면역의 다른 매개물질들을 생산한다.35,36) 최근에 소아 중이염 환자의 삼출액에서 검출된 TLR과 NOD 1, 2가 나이에 따라 증감을 보인다는 보고도 있어 선천면역반응이 나이에 따라 다르게 나타난다고 추정된다.37)

C-유형 렉틴(C-type lectin receptors, CLRs)
CLRs은 큰포식세포, 수지상세포 및 다른 백혈구들의 원형질막에 발현되는 Ca-의존성 탄수화물-결합분자들이다.38) 많은 CLRs의 그룹이 미생물을 인지하고 면역반응을 이끄는 PRRs로 여겨진다.39)
중이염의 병인에서 CLRs의 역할은 아직 불분명하지만 최근에 연구가 시작되었다. 소아 중이염환자의 삼출액에서 Dectin-1, MR1, MR2, DC-SIGN, SKy, Card-9, Bcl-10, Malt-1, Src, Dec-205, Galectin-1, Tim-3, Trem-1, DAP-12 같은 CLR 조정분자와 CLR의 mRNA가 부비동염, 아데노이드비대, 알레르기 비염이 동반된 환아에서 증가되어 있어 CLR의 발현이 중이염의 병태생리와 연관이 있는 것으로 주장하였다.40) 그래서, 앞으로 CLRs의 발현과 중이염의 병태생리의 연관성에 대한 많은 연구가 필요할 것으로 여겨지고 있다.

순환작동세포와 염증반응들
선천면역의 가장 많은 작동세포들은 골수-유래 세포들로 혈액 내에서 순환하고 조직으로 이동한다. 이들은 호중구, 단핵포식세포, 수지상 세포 등의 골수계 세포들과 자연 살해 세포(NK cell) 등의 림프구 계통 세포들이다. 포식세포들은 미생물을 확인하고, reactive oxygen species, 산화질소 및 효소 등을 생산하여 미생물을 파괴하는 1차적 기능을 수행하는 세포들이다. 큰포식세포들은 감염 부위에서 염증을 촉진시키고 조직 재생을 증진시키는 사이토카인을 생산한다. 또한 포식세포들은 TLR, CLRs, scavenger receptor, N-포르밀 Met-Leu-Phe 수용체 등을 이용하여 외부 미생물을 인식한다.

호중구(Neutrophils)
중이염에서 호중구의 역할에 대한 연구는 최근 점차 증가하고 있다. 호중구 또는 다형백혈구가 순환 백혈구 중에서 가장 많으며 가장 초기의 염증반응을 매개한다. 최근에 NTHi에 의해 발생한 급성 중이염에서 호중구에 의한 neutrophil extracellular traps(NETs)의 형성이 보고되었다.41) NETs는 친칠라 감염 모델에서 중이삼출액과 점막 내에서 높은 세균농도와 연관이 있는 것으로 보고되었다.42)

포식세포(Macrophages)
포식세포는 호중구와 같이 아주 신속하게 미생물에 대해 반응하지만 염증부위에 훨씬 더 장기간 존재한다. 그러므로 포식세포는 감염 1일 또는 2일 후인 선천면역반응의 후기 단계에서 주된 작동세포이다. 포식세포는 중이의 선천면역에서 중요한 역할을 하고 인간의 중이 삼출액에서 주된 세포성분으로 검출된다.43)

수지상 세포(Dendritic cells)
수지상 세포는 감염에 대한 선천 반응 및 선천면역 반응과 적응면역 반응을 연결시키는 데 중요한 역할을 하는 항원제시세포(antigen-presenting cell)이다. 이 세포는 긴 세포질 돌기를 가지고 있고, 음세포 활동(pinocytosis), 식세포 활동(phagocytosis)을 통해 세포 외 조직환경의 성분들을 흡수한다. 또한 TLR 같은 표면수용체로 병원균-결합 분자 유형을 인식한다. 정상 고막은 많은 수지상 세포를 포함하고 있다.44) 만성 화농성 중이염에서는 정상 고막에서 보다 더욱 많은 수지상 세포가 있다.45,46) 그러나 정상 중이와 중이염에서의 수지상 세포의 정확한 역할은 아직 밝혀지지 않았다.

자연살해세포(NK cells)
자연살해세포는 림프구 계통의 세포로 감염된 세포와 스트레스 받은 세포를 인식하여 이들을 직접 죽이거나 염증성 사이토카인을 분비하여 죽이는 선천면역에서 중요한 역할을 하는 림프구다.47) 해로운 표적을 감별할 수 있는 이러한 능력은 자연살해세포가 억제수용체와 활성수용체 모두를 발현할 수 있기 때문에 가능하다. 자연살해세포의 억제수용체는 대부분 건강하고 감염 안 된 세포에서 발현되는 class I mahor histocompatibility complex 분자들에 결합한다, 한편 활성수용체들은 스트레스를 받은 세포, 악성 변형된 세포, 감염된 세포에서 발현된 자연살해세포 리간드를 인식한다. 만성 화농성 중이염 환아의 혈장에서 자연살해세포의 증가는 중이의 감염에 이 림프구가 중요한 역할을 하는 것으로 추정할 수 있다.48) 앞으로 급성, 만성 중이염의 병인에서 자연살해세포의 역할이 더욱 많이 밝혀질 것으로 생각한다.

체액 선천면역계
세포 외액과 혈장에서 발견되는 몇 가지 수용성 분자들은 병원체 연관 분자 유형을 인식하여 선천면역계의 작동 분자로서 작용한다.

보체(Complements)
보체계는 미생물의 감염에 대항하는 선천면역의 중요한 구성요소로 몇몇이 혈청단백질로 구성되어 있다. 보체는 고전경로, 대체경로, 렉틴경로의 세 가지 방법으로 미생물을 인식한다.49) 보체계 경로 중에 미생물을 인식하게 되면 일련의 보체단백질이 단백분해효소 복합체로 형성되도록 연속적으로 보충되고 형성된다. 보체계의 중심 단백질인 C3가 분해되어 C3b는 미생물에 축적되어 보체계를 활성화시키고 C3a는 방출되어 호중구에 대한 화학유인물질로 작용하여 염증을 유발시킨다. 미생물과 결합한 C3b는 C5 단백질을 분비형 펩타이드 C5a와 미생물 세포막에 부착하는 C5b로 분해한다. C5a는 급성 염증을 자극하고 C5b은 C6~9 보체단백질의 복합체를 형성하여 세포용해를 일으킨다. 반복되는 중이염의 중이 삼출액에서 C3a가 높게 나타나서 보체가 중이염에서 염증반응을 강화한다는 보고가 있다.50)
또한 인플루엔자 A 바이러스에 의해 유발된 페렴구균 중이염 동물 모델에서 C1qa결함 쥐에서 감염회복이 지연되고 이관과 중이점막의 심한 손상이 관찰되어 보체계의 고전경로와 대체경로 모두가 페렴구균 중이염의 면역반응에 중요하다고 주장하였다.49)

콜렉틴(Collectin)
콜렉틴은 콜라겐 유사영역(collagen-like domain)과 칼슘의존(C-형) 렉틴 머리 부위가 연결된 구조로 되어 있다. 콜렉틴 가계는 선천면역에서 수용성 작동분자의 역할을 하는데 만노스 결합렉틴(mannose-binding lectin), 폐 계면활성 단백질(pulmonary surfactant protein) SP-A, SP-D로 구성되어 있다.51) 최근에 쥐의 중이에서 SP-A, SP-D가 존재하고 LPS로 유발된 중이염 모델에서 SP-A가 TNF-α, IL-1β, IL-6 같은 사이토카인과 같이 상승되어 있는 것이 보고되었다.52)

결론

중이염은 유소아에서 가장 흔한 질환의 하나로, 상당한 사회적, 경제적 비용이 지출되는 질환이다. 반복성 혹은 만성 삼출성 중이염은 난청을 초래하며, 이로 인해 소아에서 언어발달장애, 언어습득지연, 주의력 산만, 행동이상 등을 일으킬 수 있다. 현재까지 급성 중이염에서 선천성 면역과 후천성 면역의 역할을 이해하기 위한 연구가 진행되어 중이염의 발병기전과 병태생리의 규명에 비약적인 발전이 있었다. 그러나 아직까지 만성 화농성 중이염의 면역체계에 대한 연구는 부족한 실정이다. 급성 중이염에 대한 연구를 만성 화농성 중이염으로 확대하여 항생제 내성, 항생제의 이독성 등을 고려한 새로운 치료 방법을 제시해야 한다. 만성 화농성 중이염의 선천성 면역계에 대한 많은 연구를 진행하여 더욱 확대된 중이염의 발병기전과 병태생리를 이해하고 새로운 항균 선천면역물질 등을 사용하여 치료해야 할 것으로 기대한다.

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