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J Rhinol 16(1), 2009 www.ksrhino.or.kr

지속성 알레르기비염 환자에서 혈액 내 IL-31, Stem Cell Factor, B Cell-Activating Factor 농도

원광대학교 의과대학 진단검사의학교실,¹ 이비인후과학교실²

박도심¹·정하민²·이상헌²·이재훈²

Blood Level of IL-31, Stem Cell Factor, and B Cell-Activating Factor in Persistent Allergic Rhinitis Patients

Do-Sim Park, MD¹, Ha Min Jeong, MD², Sang Heon Lee, MD² and Jae-Hoon Lee, MD²

1Department of Laboratory Medicine;²Otolaryngology-Head & Neck Surgery, School of Medicine, Institute of Wonkwang Medical Science, School of Medicine, Wonkwang University, Iksan, Korea

ABSTRACT

Background and Objectives：Stem cell factor (SCF), B cell-activating factor (BAFF) and Interleukin (IL)-31 are related to allergic diseases such as atopic dermatitis or asthma. But they have not been sufficiently investigated in connection with IgE- mediated allergic rhinitis. In this study, we evaluated the association between plasma concentrations of these cytokines and allergic rhinitis. Subjects and Methods：A comparative study of the concentrations of plasma SCF, BAFF and IL-31 were conducted between persistent allergic rhinitis patients and a healthy control group using ELISA. Results：Plasma BAFF and IL-31 concentrations were significantly increased in allergic rhinitis group (BAFF, 1,255 pg/mL, Plasma BAFF and IL-31 con- centrations were significantly increased in the allergic rhinitis group (BAFF, 1,255 pg/mL, p<0.001；IL-31, 221 pg/mL, p<0.001) than in the control group (BAFF, 1,089 pg/mL；IL-31, 153 pg/mL). But the level of SCF did not exhibit any difference between the allergic rhinitis patients and the control group. Conclusion：Our results suggest that plasma BAFF and IL-31 might be associated with the inflammatory mechanism of persistent allergic rhinitis patients.

KEY WORDS：Allergic rhinitis·Stem cell factor·B cell-activating factor·Interleukin-31.

서 론

알레르기비염은 특정항원에 노출된 이후 IgE에 의해 매개 된 과민성 면역반응에 의한 코의 염증반응으로 나타나는 질 환으로 국소적인 증상만을 보이는 경우도 있으나, 흔히 다른 알레르기 질환과 동반되며 전신적 질환의 국소 발현으로 보 기도 한다.¹⁾ 따라서 다른 알레르기 질환과 공통된 병태생리 적 특징을 갖는 것으로 여겨지고 있다.

Stem cell factor(SCF)는 비만세포의 c-kit 수용체에 대한 ligand로서 알레르기비염과 같은 만성 염증성 반응이 있을

때 상피세포, 섬유아세포, 그리고 혈관내피세포 등에서 SCF 의 분비가 증가되어 있음이 밝혀졌다.²⁾

B cell-activating factor(BAFF)는 tumor necrosis factor family로서 IgE에 의해 매개된 알레르기 반응에 B 세포의 활성화에 요구되는 중요한 인자이다.³⁾ 또한, BAFF는 T 세 포의 활성화 및 B 세포에 동시 자극성 인자(co-stimulatory factor)로 작용한다.⁴⁾

최근 발견된 Interleukin(IL)-31은 T 세포에서 분비되는 전염증성(proinflammatory) cytokine으로 천식과 아토피성 피부염과 같은 알레르기 질환에서 관련이 있는 것으로 알려 져 있다.⁵⁾⁶⁾ 본 연구에서는 정상대조군과 지속성 알레르기비 염군을 대상으로 혈액 내에서 IL-31, SCF, 그리고 BAFF의 농도를 측정하여 알레르기비염과 연관성이 있는지를 확인 하고자 하였다.

이 논문은 2008년도 원광임상의학연구소의 지원에 의하여 이루어짐.

논문접수일：2008년 7월 23일 / 심사완료일：2008년 9월 10일 교신저자：이재훈, 570-711 전북 익산시 신용동 344-2 원광대학교 의과대학병원 이비인후과

전화：(063) 859-1441·전송：(063) 841-6556 E-mail：[email protected]

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대상 및 방법

대 상

재채기, 수양성 비루, 비폐색을 주소로 본원 이비인후과를 방문하여 알레르기비염으로 의심되는 환자 중, 피부반응검사 혹은 MAST(multiple allergen simultaneous test, 다종항 원동시측정법) 검사를 받은 지속성 알레르기비염(ARIA 기 준)인 성인 환자 78명(31±14세, 남：42명, 여：36명)을 대 상으로 하였다. 알레르기 항원특이 IgE 항체는 allergy sc- reen(R-Biopharm, Darmstadt, Germany)을 이용한 MAST 및 allergen extracts(Allergopharma, Reinbek, Germany) 를 이용한 피부반응검사로 측정하여 미국 및 유럽 집먼지 진드기, 집먼지, 바퀴벌레, 개, 고양이, 곰팡이항원에 대해 양성인 경우를 대상으로 하였다. 양성의 기준은 MAST는 알 레르기항원 특이 IgE 항체가 class 2 이상인 경우, 피부반 응검사는 10 mg/mL의 농도의 히스타민 대조액에 의한 팽 진의 크기보다 같거나 그 이상의 반응을 보이는 경우를 양 성으로 판정하였다.

내원 4주 이내에 항히스타민제, 스테로이드 및 항생제를 사용한 경우나 과거에 비과적 수술을 받은 경우는 제외하였 다. 설문지를 통해 다른 알레르기 질환이 동반된 경우 혹 은 내과, 피부과를 내원하여 천식 혹은 아토피성 피부염과 같은 알레르기질환을 진단받은 경우는 제외하였다. 대조군 은 알레르기비염을 포함한 알레르기질환의 가족력 및 병력 이 없고 피부반응검사에서 음성을 보였으며 환자군과 연령 이 비슷한 건강인 72명(33±13세, 남：39명, 여：33명)을 대상으로 하였다. 본 연구는 병원 내 임상실험윤리위원회의 승인을 얻어 실시하였다.

방 법

혈중 호산구수와 IgE 측정

혈중 호산구는 자동혈구계산기인 Sysmex 9000(Toa Me- dical Electronics, Kobe, Japan)으로 분석하고, 혈중 IgE 는 Cobas Integra 800(Roche Diagnostics, Basel, Switzer- land)으로 분석하였다.

혈중 BAFF와 SCF 농도

혈중 BAFF, SCF(R&D systems, Minneapolis, MN, USA) 는 상품화된 ELISA kit 이용하여 제조사의 지침에 의해 측 정하였다. Cytokine은 혈청을 분리하여 -80도로 동결 후 측정 직전 해동하여 분석하였다. Anti-human BAFF 항체, anti-human SCF 항체가 코팅된 microwell에 각 50 μL,

100 μL의 분석용 희석액을 첨가하고, 여기에 검체를 각 50 μL, 100 μL 첨가한 후 실온에 2시간 반응시켰다. 이후 각 plate를 3회씩 세척하고 다시 효소가 접합된 각각의 항체 를 각 200 μL 첨가하여 공히 2시간 실온에서 반응시켰다.

이후 3회씩 세척하고 공히 200 μL의 효소 기질액을 첨가하 여 실온에 30분 반응시킨 후 50 μL씩의 반응 정지액을 첨 가하였고, 450 nm에서 ELISA plate 판독기에 흡광도를 측 정하고 표준 곡선과 비교하여 계산하였다.

혈중 IL-31 농도

혈중 IL-31(PeproTech, Rocky Hill, NJ, USA)는 상품화 된 ELISA kit 이용하여 제조사의 지침에 의해 측정하였다.

IL-31은 anti-human IL-31 항체가 코팅된 microwell에 100 μL의 검체를 첨가한 후 실온에 2시간 반응시킨 후 4 회 세척하였다. 이후 바이오틴 접합 항체를 100 μL 분주하 여 2시간 실온에서 반응시킨 후 4회 세척하였고, 아비딘 접 합 항체를 100 μL 분주하여 30분 실온에서 반응시킨 후 4 회 세척하였다. 이후 ABTS(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzt- hiazoline-6-sulphonic acid) 기질액 100 μL을 첨가하고 10분 반응 후 405 nm에서 ELISA plate 판독기에 흡광도를 측정하고 표준 곡선과 비교하여 계산하였다.

통 계

전체 알레르기비염 환자군과 대조군에서 측정된 호산구수, IgE 수치 및 3가지 cytokine의 농도는 평균+평균 표준오차 (SEM；standard error of mean)로 나타내었으며, 두 군에 서의 차이비교는 Student t검정을 사용하였다. 유의성은 p 값이 0.05미만인 경우, 통계적으로 유의하다고 판정하였다.

결 과

알레르기비염 환자군과 대조군에서 혈중 호산구수, IgE, IL-31, SCF, BAFF 농도

혈청 IgE는 알레르기비염군(603±86 U/mL)이 대조군

Table 1. Summary of mean and SEM (standard error of mean) levels of blood eosinophil count, IgE, IL-31, Stem cell factor (SCF), and B cell-activating factor (BAFF) in the groups of al- lergic rhinitis and healthy control

Eosinophil count (μL)

IgE level (U/mL)

IL-31 (pg/mL)

SCF (pg/mL)

BAFF (pg/mL) Control

group

0.09±0.01* 127±23* 153±9* 888±40 1089±32^† Allergic

rhinitis group

0.26±0.02* 603±86* 221±11* 938±36 1255±37^†

*：p<0.001, †：p<0.05

박도심 등：알레르기비염에서 IL-31, SCF, BAFF 농도 / 33

(127±23 U/mL)에 비해 유의하게 높았고, 혈중 호산구수도 알레르기비염군(0.26±0.02/μL)이 대조군(0.09±0.01/μL) 에 비해 유의하게 높았다(p<.001). 혈중 IL-31농도는 알레 르기비염군(221±11 pg/mL)이 대조군(153±9 pg/mL)에 비 해 유의하게 높았다(p<.001, Fig. 1). 혈중 SCF농도는 알레 르기비염군(938±36 pg/mL)과 대조군(888±40 pg/mL) 간 의 비교에서 알레르기비염군에서 농도가 증가된 소견을 보 였으나 유의한 차이는 없었다(p>.05, Fig. 1). 혈중 BAFF농 도는 알레르기비염군 전체군(1255±37 pg/mL)이 대조군(1089

±32 pg/mL)에 비해 유의하게 높았다(p=.001, Fig. 1).

고 찰

알레르기비염과 같은 알레르기 질환에서 Th cytokine중 특히 Th2 cytokine인 IL-4, IL-5, IL-10 그리고 IL-13 등이 중요한 역할을 하는것으로 알려져 있으며, 호산구의 활 성화 및 화학주성, T 림프구의 성장과 Th2 세포로 분화, B 림프구의 생산물을 IgE로 변환시키는데 관여한다.⁷⁾ 그러나 이러한 cytokine들은 알레르기 질환을 진단하는데 특이한 표지자로 이용되지는 못하고 있다.

알레르기비염은 상부기도, 천식은 하부기도 질환으로 두 기 관의 점막은 유사한 특징이 많아 두 질환 모두를 아토피 증 후군의 발현으로 보는 견해 및 알레르기비염과 다른 알레르 기 질환들이 동반되는 점은 알레르기 질환의 병태생리학적 반응이 유사함을 시사한다.

IL-31은 급성 염증 반응과 B와 T 세포의 성장에 관여하는 면에서 IL-6과 공통된 점이 있으나 서로 다른 수용체를 통해 전달된다. IL-6은 glycoprotein 130 수용체⁸⁾를, IL-31은 orphan 수용체(glycoprotein 130 유사 수용체)⁹⁾를 통해 신 호가 전달됨이 다르다. IL-31을 과발현하는 transgenic 마 우스에서 사람에서의 아토피성 피부염과 같은 표현형(phe-

notype)을 보였으며, 아토피성 피부염과 접촉성 알레르기피 부염 환자에서 IL-31의 증가는 IL-4, IL-13의 증가와 상 관관계가 있음이 보고되었다.⁵⁾ 현재까지 대부분 IL-31의 연 구들이 아토피성 피부염과 천식을 대상으로 이루어졌으며 알 레르기비염을 대상으로 한 연구는 아직까지 없었다.^5)6)10-14) 최근 알레르기천식을 대상으로 하여 혈액 내 IL-31을 측정 한 연구에서 정상군에 비해 알레르기천식군에서 의미 있는 증가된 소견을 보였는데 이는 알레르기천식을 진단하는데 중 요한 표지자가 될 수 있음을 시사한다.⁶⁾ 본 연구는 알레르기 비염을 대상으로 한 연구로서 정상군에 비해 알레르기비염 군에서 의미 있는 혈액 내 IL-31의 증가된 소견을 보여 알 레르기비염과도 연관성이 있음을 알 수 있었다.

SCF는 mast cell growth factor, c-kit ligand 또는 steel factor 등으로도 알려져 있다.²⁾ 마우스에서는 IL-3, IL-4, IL-9, IL-10 및 nerve growth factor(NGF), SCF 등이 비 만세포의 분화와 증식에 관련되어 있고, 사람에서는 SCF가 비만세포의 분화에 직접 관여한다고 알려져있다.^15-18) 민 등²⁾ 은 알레르기비염 마우스모델에서 SCF의 비내 투여로 유발 된 초기 알레르기성 반응으로 비강세척액 내의 히스타민 양 의 증가와 알레르기 증상의 발현, 그리고 후기 반응으로 호 산구의 동원을 관찰함으로써 SCF가 알레르기 비염의 병인에 서 중요한 역할을 하고 있음을 보고하였다. 최근 알레르기천 식에서 혈액 내 SCF증가가 보고⁶⁾되었던 것과는 달리 본 연 구에서 혈액 내 농도는 알레르기비염 환자군과 대조군간에 차이를 보이지 않아 혈액 내 SCF 농도가 알레르기비염 염증 반응에 영향을 주는 핵심요소라기 보다는 주변적 요인으로 작용하며, 국소적 반응과 더 밀접한 cytokine으로 보여진다.

BAFF는 B 세포의 성장 그리고 성숙된 B 세포의 유지에 중 요한 조절자로서, 알레르기질환이 B 세포에서 유래한 특이 IgE 와 관련된다는 면에서 BAFF가 중요한 역할을 할 가능성이 있 다.¹⁹⁾ 지금까지 천식을 대상으로 한 혈액 내 BAFF 농도를 측

IL-31 (pg/mL)

300

200

100

p<0.001

Cont AR

SCF (pg/mL)

1100

900

700

p>0.05

Cont AR

BAFF (pg/mL)

1400

1200

1000

p=0.001

Cont AR Fig. 1. Levels of plasma IL-31, Stem cell factor (SCF), and B cell-activating factor (BAFF) in the groups of allergic rhinitis (AR) and he- althy control (cont). The levels of IL-31 and BAFF in the AR patients were significantly higher than those of normal control subjects.

However, there was no difference between the AR patients and control subjects in the level of the SCF. Data expressed as means SEM (standard error of mean). p<0.05：significant.

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정한 두 연구에서 서로 상반된 연구 결과를 보였다.⁶⁾¹⁹⁾ Kang 등¹⁹⁾의 보고에서는 정상군에 비해 천식군에서 혈액 내 BAFF 농도가 의미 있게 증가되었다. 또한 천식 약물 치료 후 BAFF 농도가 감소되어 천식 증상의 심한 정도를 판정하는데 표지 자로 사용될 가능성이 있다고 기술하였으나 Lei 등⁶⁾은 천식 군과 정상군에서 의미 있는 차이를 보이지 않아 알레르기천 식의 진단 및 평가에 중요한 표지자가 될 수 없다고 보고하 였다. 본 연구를 통해 저자들은 BAFF가 정상군에 비해 알레 르기비염군에서 의미 있게 증가되어 알레르기비염과의 연관 성이 있음을 알 수 있었다. 본 연구는 기존의 연구들⁶⁾¹⁹⁾보다 충분히 많은 수의 정상군과 환자군을 대상으로 하여 연구하 였는데 이는 편중된 소수의 표본을 대상으로 연구하였을 때 발생할 수 있는 통계적인 오류 등의 문제를 최소화 하려는 노력이었다. 그러나 Kang 등¹⁹⁾의 보고에서처럼 BAFF가 알 레르기비염 증상의 심한 정도를 알 수 있는 표지자로 사용될 수 있을지는 추가적인 연구가 필요하겠다.

본 연구는 알레르기비염을 대상으로 조사한 첫 연구로서, IL-31, SCF 및 BAFF가 알레르기비염 환자 자체의 혈액내 특성이 될 수 있는지를 알아보았다. 그래서 다른 알레르기질 환을 동반한 경우는 제외하고 알레르기비염만 있는 군을 연 구대상으로 하였다. 본 연구결과는 IL-31과 BAFF가 알레 르기비염과의 연관성이 있음을 시사한다. 그러나 본 연구의 단면적인(cross-sectional) 분석만으로 이러한 물질의 혈액 내 증가가 국소적 비강조직의 알레르기 염증을 유발하는 인 자인지, 비강조직에서 유리된 이들 물질이 혈중에 유입되어 증가하게 되었는지 혹은 두 작용의 복합적인 과정에 의한 것인지는 알 수 없었다. 이에 대한 기전 규명을 위해 추후 알레르기비염 환자들에서 비강 세척액과 혈액 cytokine의 동 시 혹은 연속 분석 그리고 항원자극에 의한 혈액 면역 세포 들의 cytokine 분비 반응에 대한 연구가 추가되어야 할 것 으로 생각된다.

결 론

IL-31과 BAFF가 알레르기 면역반응에 결정적 역할을 수 행하는 cytokine으로 그 중요성이 보고된 것처럼 혈액 내 농 도를 측정하여 보았을 때 알레르기비염과 관련성이 있음을 확인할 수 있었다. 추후, 알레르기비염 환자에서 혈액 내 이 들 cytokine이 증가하는 명확한 기전규명과 알레르기비염 면역반응의 치료적 표적 및 생물학적 표지자로서 적용 가능 성에 대한 연구가 더 필요한 것으로 생각된다.

중심 단어：알레르기비염·SCF·BAFF·인터루킨-31.

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