대한비과학회

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서 론

비용은 호산구 및 림프구의 침윤을 특징으로 하는 만성 염증 질환으로, 단일 비용에서부터 비부비동 점막의 전반 적인 용종성 변화까지 다양한 임상양상을 나타낸다. 그 동 안의 많은 연구에도 불구하고 비용의 원인과 발생기전은 아직 명확히 밝혀져 있지 않다. 비용의 조직학적 소견은 천 식의 기관지점막 소견과 유사하고 조직의 사이토카인 분석 에서도 천식과 유사한 양상을 나타내기 때문에 두 질환의 염증기전은 서로 연관성이 있는 것으로 생각되고 있으며 두

질환 모두 염증의 유도 및 조절에 있어 T 세포가 가장 중요 한 역할을 한다.

최근 초항원(superantigen) 기능을 갖는 포도상구균 외 독소(Staphylococcus aureus exotoxin)가 비용종을 동반 한 만성 부비동염의 원인으로서 주목받고 있으며 이에 대 한 연구가 활발하다. 비용종 조직에서 초항원에 의한 T 세 포의 반응이 확인되었으며,

포도상구균 독소에 대한 IgE 항체가 혈청

및 비용조직

에서 발견되고 국소적 포도상 구균 독소 특이 IgE 항체가 호산구 염증과 관계가 있는 것 으로 보고되었다.

초항원은 T cell receptor(TCR)의 한 정된 variable beta chain(Vβ)과 결합하며,

초항원에 대 한 T 세포의 반응성은 유전적으로 HLA class II 다형성에 의해 결정된다.

본 연구에서 저자들은 비용종을 동반한 만성 부비동염 환

교신저자：강준명, 420-717 경기도 부천시 원미구 소사동 2번지 가톨릭대학교 부천성모병원 이비인후과학교실 전 화：(032) 340-7051·전 송：(032) 340-2674 E-mail：[email protected]

비용종 환자에서 포도상구균 외독소에 대한 말초혈액 단핵구의 반응

가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실

황세환

·

·

·

·

·

Response of Peripheral Blood Mononuclear Cells to

Staphylococcus Aureus Exotoxin in Nasal Polyposis

Se Hwan Hwang, MD, Byung Guk Kim, MD, Soo Whan Kim, MD, Jin Hee Cho, MD, Ji Hyeon Shin, MD and Jun Myung Kang, MD

Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, The Catholic University of Korea, Buchon, Korea

ABSTRACT

Background and Objectives：Superantigens such as Staphylococcus aureus exotoxin (SE) have been implicated in the pathogenesis of chronic rhinosinusitis with nasal polyposis (NP). The aim of this study was to determine the immunologic re- sponse of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) to staphylococcal exotoxin B (SEB) in patients with NP. Methods：

The interleukin (IL)-4, IL-5, and interferon-γ (IFN-γ) responses of PBMCs to nonspecific mitogens such as phylohemagglu- tin (PHA) and SEB were examined in 24 NP patients and 16 control subjects. The presence or absence of atopy and asthma was determined to evaluate the correlation of these conditions with the levels of cytokines. Results：PBMCs from the NP patients were more likely to produce IL-4 and IL-5 in response to SEB than those from controls. There was no difference in the mitogen-induced cytokine responses between NP patients and controls. SEB-induced IL-5 and IL-4 levels were higher in patients with NP with asthma than in patients with NP without asthma. Conclusion：Patients with NP show an exaggerated Th2 cytokine response of PBMCs to SEB.

KEY WORDS

자의 말초혈액단핵구(peripheral blood mononuclear cells) 에서 포도상구균 외독소 B(SEB)에 대한 사이토카인 분비양 상을 알아보고 천식 동반유무에 따른 분비의 차이를 알아보 고자 하였다.

대상 및 방법

내시경 부비동 수술 예정인 양측 비용을 동반한 만성부 비동염 환자 24명을 대상으로 하였다. 3개월 이상의 비부비 동염 증상과 함께 외래에서 시행한 비내시경 소견 및 부비 동 전산화 단층촬영 소견에 의해 환자들을 진단하였다. 면 역결핍, 낭종섬유증, 원발성 섬모운동 이상증 및 일측의 비 용과 상악동 후비공용종은 제외하였다. 정상 대조군은 만성 부비동염, 알레르기 질환, 천식의 과거력이 없으면서 알레 르기 검사에서 음성인 16명을 대상으로 하였다. 아토피진단 은 피부단자 검사와 MAST(multiple-antigen simultan- eous test) 검사에서 Class 3 이상의 양성반응을 보인 경우 로 하였으며, 천식은 본원 호흡기내과에서 환자의 병력, 이 학적 소견 및 폐기능검사 소견 등으로 진단하였다. 24명의 환자 중 9명에서 천식을 동반하고 있었으며, 아토피는 8명 에서 양성반응을 보였다(Table 1). 모든 환자는 혈액 채취 전 최소한 4주 동안 항생제, 경구 혹은 국소 스테로이드제 나 항히스타민제를 복용하지 않았다.

대상자로부터 헤파린 처리된 혈액 20 mL를 채취하여 Ficoll-Hypaque 중층 원심법(Pharmacia-LKB, Discat- away, NJ)으로 말초혈액단핵구를 분리하였고 phospha - te-buffered saline(PBS)으로 3번 씻어냈다. 이를 RPMI 1640 배지(supplemented with 5% heat-inactivated FCS, 2 mM L-glutamine, 100 U/mL penicillin and 100 μg/mL streptomycin)에 37℃, 5% CO2 조건으로 배 양하였고 최종농도를 1×10

cells/mL로 하였다.

배양상층액의 사이토카인 측정을 위해 1,000 μL 말초혈 액단핵구(1×10

cells)를 각각 SEB 1 μg/mL와 T 세포 유 도활성물질(mitogen)인 phylohemagglutin(PHA) 4 μg/

mL로 자극한 후 48시간 배양 후에 상층액을 얻어 -70℃에 보관하였다. Interleukin-4(IL-4), interleukin-5(IL-5), interferon-γ(IFN-γ)의 농도를 enzyme-linked immun - osorbent assay(BD Pharmingen, San Diego, CA)를 이 용하여 측정하였고 최소 측정수준은 5~10 pg/mL이었다.

사이토카인 생성를 비교하기 위해 비모수적 방법인 Mann-

Table 1. Clinical characteristics of patients with CRS/NP and nor- mal controls

Patients with CRS/NP

(n=24) Controls

(n=16)

Gender (M/F) 16/8 9/7

Age (years) 42.5±12.3 36.5±10.2

Sinus surgery 1.3 (0-4) 0

Bronchial asthma 9 (38%) 0

Atopy 8 (33%) 0

Total IgE (kU/L) 172±40 41±17

Fig. 1. Effect of PHA and SEB on IL-4 (A), IL-5 (B) and IFN-γ (C) production in peripheral blood mononuclear cells from NP pa- tients and normal controls. Box-and-Whisker plot. *：p＜0.05 sig- nificant difference compared to controls. NP：nasal polyposis, NS：not significant.

60,000 50,000 30,000 20,000 10,000

0 Normal NP Normal NP PHA SEB

NS

NS

IFN-r (pg/mL)

C

700 600 500 400 300 200

100

PHA SEB Normal NP Normal NP

NS *

IL-5

(pg/mL

)

B

200

150

100

50

0

PHA SEB Normal NP Normal NP

NS *

IL-4

(pg/mL

)

A

Whitney U test를 사용하였고, p＜0.05를 통계적으로 의 미있다고 하였다.

결 과

PHA에 의한 비용종 환자군의 IL-4(114.8±41.6 pg/

mL)와 IL-5(444.1±127.8 pg/mL) 분비는 대조군(IL- 4；105.8±42.4, IL-5；447.2±111.4 pg/mL)과 유의한 차이를 보이지 않았다. SEB에 의한 비용종 환자군의 IL- 4(100.5±33.1 pg/mL)와 IL-5(478.5±82.6 pg/mL)분비 는 대조군(IL-4；40.5±23.4, IL-5；215.3±51.9 pg/

mL)에 비해 유의하게 증가하였다(

IFN-γ 분비는 비용종 환자군(35923±8746 pg/mL)과 대 조군(33142±9946 pg/mL)간에 유의한 차이를 보이지 않 았고 SEB로 자극하였을 때 비용종환자군(21444±9084 pg/mL)이 대조군(17555±8232 pg/mL)에 비해 증가하는 경향을 보였으나 통계적으로 유의하지 않았다(Fig. 1).

SEB에 의한 IL-5 분비가 아토피를 동반한 비용종 환자군 (498.6±69.8 pg/mL)과 아토피를 동반하지 않은 환자군 (443.6±82.5 pg/mL) 간에는 유의한 차이를 보이지 않았 으나, 천식을 동반한 비용종 환자군 (581.3±93.6 pg/mL) 은 천식을 동반하지 않은 환자군(408.7±77.7 pg/mL)에 비해 유의하게 증가하였다(

비도 아토피를 동반한 비용종 환자군(105.3±36.2 pg/mL) 과 아토피를 동반하지 않은 환자군(97.7±22.4 pg/mL) 간 에는 유의한 차이를 보이지 않았으나, 천식을 동반한 비용 종 환자군(123.2±33.1 pg/mL)은 천식을 동반하지 않은 환자군(89.3±27.4 pg/mL)에 비해 유의하게 증가하였다 (

은 대조군도 측정하였으며 각 군간에 유의한 차이가 없었다.

고 찰

비용은 세포들의 상호작용과 많은 염증매개물들이 관여 하며, 하나의 원인요소보다는 여러 요소가 복합된 만성기 도 질환이다. 비용종 환자에서 흔히 천식이나 아스피린 과 민증 등과 같은 전신질환이 동반되고 수술 후에도 자주 재 발되는 것은 전신적인 면역학적 기전이 관여한다고 생각할 수 있다.

알레르기 질환의 면역학적 기능을 평가하는 방법 중의 하나로 말초혈액단핵구에 자극물질을 주고 이에 따른 사이 토카인 분비를 측정하는 방법을 많이 사용하며, 천식 및 아 토피 피부염 환자는 T 세포 유도활성물질의 자극으로 Th

사이토카인 분비가 증가하고, 이러한 사이토카인 분비 변화 가 병리기전에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

본 연구에서 비용을 동반한 만성 부비동염 환자의 PHA에 대 한 사이토카인 분비는 정상군과 유의한 차이를 보이지 않았 고 이것은 기존의 만성 부비동염을 대상으로 한 연구

와 유 사하였다.

초항원은 강력한 면역조절 단백질로서 가장 잘 알려져 있 는 것은 포도상구균과 Streptococcal pyogene 독소이 다.

이러한 초항원은 toxic shock syndrome을 일으키는 것으로 가장 잘 알려져 있으나 Kawasaki disease, 건선, 류 마티스 열, Crohn’s disease, 패혈증과도 연관성이 있는 것 으로 알려져 있고

천식, 알레르기 비염 및 아토피 피부염 의 병리기전에도 관여하는 것으로 알려져 있다.

초항원은 보통 항원과 달리 항원제시세포에 의한 처리과정을 거치지 않고 직접 주조직적합성복합체(major histocompability complex, MHC) class II에 결합하며, 또한 TCR의 항원결 합부위 밖에 있는 Vβ에 결합하여 T 세포의 활성화을 유도

Fig. 2. Comparison of SEB-induced IL-5 (A) and IL-4 (B) responses between atopic and nonatopic patients with NP, and between asthmatic and non-asthmatic patients with NP. Box-and-Whisker plot. *：p＜0.05 significant difference between the groups. NP：

nasal polyposis, NS：not significant.

700 600 500 400 300 200

100

NP NP Normal Atopic Non-atopic Asthma Non-asthma

IL-5

(pg/mL

)

NS *

A

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

NP NP Normal Atopic Non-atopic Asthma Non-asthma

IL-4

(pg/mL

)

NS

*

B

한다. 보통 항원에 의한 T 세포는 0.01% 이내로 반응하는데 비해, 초항원에 의해서는 T 세포의 30%까지 반응할 수 있 다. 또한 이러한 초항원은 알레르겐으로 작용하여 IgE 항체 가 생성될 수 있고 B 세포의 다클론(polyclonal) IgE 항체 합성을 유도할 수 있다.

초항원에 대한 숙주의 반응은 독소의 농도 및 노출부위 에 의해 영향을 받지만 가장 중요한 것은 유전적인 요소로 HLA-DQ의 다형성이 초항원의 결합능력과 T 세포의 증식 및 사이토카인 반응을 결정한다.

아토피와 천식 환자의 말 초혈액단핵세포에서 SEB에 대한 Th

사이토카인 분비가 증가되어 있음이 보고되어 있으나,

만성 부비동염에 대한 연구는 많이 부족한 상태이다. 기존의 연구에서 말초혈액 임프구의 SEB에 대한 IL-5와 IFN-γ mRNA 발현은 만성 부비동염군이 정상군에 비해 증가하는 경향을 보였지만 두 군간에 통계적으로 유의한 차이가 없었고 비용의 동반유무 와도 차이가 없었다.

본 연구에서는 비용종환자의 말초혈 액단핵구에서 SEB에 대한 Th

사이토카인 분비가 정상군 에 비해 유의하게 증가하였다. 이러한 차이는 측정방법의 차이와 개체수의 차이에 의한 것일 수도 있을 것으로 생각 된다. 본 연구에 의하면 비용종환자는 포도상구균 독소에 대한 전신적인 Th

면역반응이 증가되어 있었다. 말초혈액 단핵구와 조직내 단핵구가 같은 사이토카인 반응을 보인다 면 포도상구균 독소에 대해 유전적으로 증가된 반응성을 가진 사람에 있어 비강내의 만성적인 포도상 구균 독소 자 극이 비용종의 유도에 관여한다고 추측할 수 있으며, SEB 에 대한 조직내 T세포의 반응을 연구하는 것이 앞으로 필 요하리라 생각된다.

알레르기 질환과 초항원과의 관계에 대한 기존의 연구에 서 비강내의 포도상구균이 알레르기 비염을 악화시키는 것 으로 알려져 있고

심한 천식환자의 기관지폐포세척액에서 초항원이 결합하는 Vβ의 증가가 관찰되었다.

최근의 비용종과 초항원과의 관계에 대한 연구결과들은 초항원이 비용종의 병리기전에 관여함을 시사한다. 비용종 을 가진 환자는 정상군 및 만성부비동염 환자에 비해 비강 내 포도상 구균의 집락형성이 증가해 있고,

비용환자의 절 반에서 독소를 분비하는 포도상구균이 비강 내에서 발견되 었으며, 비용조직에서 초항원과 관련된 Vβ의 증가가 관찰 되었다.

또한 혈청

및 비용조직

에서 포도상구균 독소 에 대한 IgE 항체가 대조군에 비해 유의하게 증가되어 있고 이러한 IgE 항체는 국소 다클론 IgE 항체형성, 호산구 염증 및 천식 동반유무와 연관성이 있다.

이러한 연구결과들은 포도상구균 독소가 초항원과 알레르겐으로 작용하여 만성 기도염증질환과 연관되어 있음을 의미한다.

천식이나 아

스피린 과민증을 동반한 비용종은 국소 호산구 염증이 심하 며, 수술 후 재발과도 관련이 있는 것으로 알려져 있다.

천 식을 동반한 만성 부비동염군이 만성 부비동염만 있는 군에 비해 말초혈액 단핵세포의 SEB에 대한 Th

면역반응이 유 의하게 증가되어 있음이 보고되었으며,

본 연구에서도 비 용종환자의 SEB에 대한 IL-5와 IL-4의 분비는 아토피 유 무에 따라서는 차이를 보이지 않았으나, 천식 동반유무에 따 라서는 차이를 보여 천식을 동반한 비용종이 SEB와 좀더 밀접한 관계가 있음을 시사한다.

결론적으로 비용종환자의 말초혈액단핵구는 포도상 구균 독소에 대해 Th

사이토카인 반응이 증가되어 있고 이러한 증가된 Th

사이토카인이 비용종의 병리기전과 연관이 있 을 것으로 생각된다. 즉 어떤 점막요소에 의해 비강 내에 포 도상구균의 집락형성이 이루어지고 포도상구균 독소에 대 한 반응이 증가해 있는 경우, 포도상구균에 의해 형성된 독 소가 만성적으로 T 세포를 자극함으로써 T 세포 증식 및 Th

사이토카인 분비를 유도하고 이로 인해 호산구의 침윤 및 활성화가 이루어진다.

하지만 포도상구균 독소가 비 용종의 원인요소인지 기존의 염증을 악화시키는 요소인지 는 아직 확실하지 않으며 조직내 독소 농도의 영향, 조직내 에서의 T 세포 반응성 등 앞으로 많은 추가적인 연구가 필 요하리라 생각된다.

중심 단어：비용종·황색포도상구균 외독소·말초혈액 단 핵구.

저자역할(Author Contributions)

강준명, 황세환, 김병국, 김수환, 조진희, 신지현은 본 연구에서 모든 자료에 접근할 수 있으며 자료의 완전성과 자료 분석의 정확 성에 책임을 지고 있습니다. 연구 기획：강준명, 황세환, 김수환,

조진희. 자료 해석 및 분석：강준명, 김병국, 신지현. 논문초

안：강준명, 황세환. 논문수정：강준명, 황세환. 연구 총괄：강 준명.

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