교신저자：김선태, 405-760 인천광역시 남동구 구월동 1198  가천의과학대학교 길병원 이비인후-두경부외과학교실
교신저자：전화：(032) 460-3324 · 전송：(032) 467-9044 · E-mail：rhinokim2002@hanmail.net 

서     론

   비용을 동반한 만성 부비동염(chronic rhinosinusitis with nasal polyposis, CRSwNP)의 발생 원인 및 병태 생리는 명확하게 밝혀져 있지 않다. 이 중 세균(bacteria)에 의한 염증은 가장 유력한 원인 인자의 하나로 최근에는 포도상구균(Staphylococcus aureus)에서 분비되는 외독소(exotoxin)들이 초항원(superantigen)으로 작용하여 비용의 발생에 영향을 준다는 사실이 알려져 왔다.^1,2,3,4,5) 
   포도상구균은 19개의 다른 외독소들을 분비할 수 있는데 이 중 Staphylococcus aureus exotoxin A(SEA), Staphylococcus aureus exotoxin B(SEB), Toxic shock syndrome toxin-1(TSST-1) 등이 대표적인 외독소들이다.⁶⁾ 이러한 외독소는 초항원(superantigen) 또는 알레르기 항원(allergen)으로 작용하여 아토피성 피부염,^7,8) 천식,⁹⁾ 만성 폐쇄성 기도질환 등¹⁰⁾에서 주요 병인으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 아토피 피부염 환자들에게 있어 포도상구균의 외독소에 특이한 immunoglobulin E가 비만세포로부터 histamine의 분비를 유발시킬 뿐 아니라 포도상구균의 외독소가 외부 allergen에 대한 immunoglobulin E의 반응도 증강시키는 것으로 알려져 있다.^7,8) 
   Bachert 등⁴⁾은 비강 내 포도상구균이 초항원으로 작용하여 T-림프구를 활성화시켜 싸이토카인(cytokine)의 분비를 활성화시켜 비용형성에 영향을 준다고 하였으며, 최근에는 이러한 외독소가 기존의 알레르기 반응에서와 같은 알레르기 항원으로도 작용한다는 보고가 있다.¹⁰⁾ 그러나 기존의 연구는 비용조직이나 혈청에서 각각 독립적으로 포도상구균에 대한 특이 IgE의 검출에 대한 연구였고,^10,11,12) 비용표면에서 검출된 균과 직접적으로 조직 및 혈청 내에서의 특이 IgE의 증가와 관련이 있는지에 대한 연구는 없었다. 또한 국내에서는 아직까지 부비동염을 동반한 비용에서 포도상구균의 외독소에 대한 연구가 미미한 실정이다.
   따라서 저자들은 본 연구를 통해 비용을 동반한 만성 부비동염 환자에서 비강 내 포도상구균의 검출과 혈청과 비용 조직에서 포도상구균의 외독소 특이 IgE의 발현과의 상관관계를 관찰하고 비용 내 호산구의 개수를 측정함으로써 비용의 발생에 있어 포도상구균의 외독소가 알레르기 항원으로 작용할 수 있음을 밝히고자 하였다.

대상 및 방법

대  상
   2005년 1월 1일부터 2005년 6월 30일까지 6개월간 본원 이비인후과에 내원한 환자를 대상으로, 병력(비폐색, 비루, 후비루, 기침 등의 증상)과 비내시경 소견 및 부비동 전산화 단층촬영을 시행하여 비용을 동반한 만성 부비동염을 진단하였고 환자군은 총 30명이었다. 과거력상 천식이 있거나 피부반응검사상 알레르기 비염이 동반된 환자는 제외하였다. 대조군은 정상 비점막을 가진 비중격 만곡증 환자로 총 10명이었으며, 검체로 환자의 하비갑개 점막을 사용하였다. 전체 40명의 환자 중 남자가 22명(55%), 여자는 18명(45%)이었고 연령 분포는 12세에서 52세로 평균 연령은 34세였다.

방  법 

도말 배양 검사
   모든 환자군과 대조군에서 수술 전 비강 내 비용종과 비점막에서 도말 배양 검사를 시행하였다. 환자군은 비용종의 표면에서 도말을 시행하였고 대조군은 중비도 비점막에서 도말을 시행하였다. 균 배양 배지로는 MacConkey Agar를 사용하여 검체를 접종시킨 후 35℃ 배양기에서 1주일간 배양하였다. 
   환자군과 대조군을 비용종과 도말 배양검사상 포도상구균 양성 여부에 따라 A군(비용종이 있고 배양검사에서 포도상구균 양성인 군), B군(비용종이 있고 배양검사에서 포도상구균 음성인 군), C군(비용종이 없고 배양검사에서 포도상구균 음성인 군, 대조군)으로 나누어 이들 군 간의 차이를 비교하였다.

ImmunoCap method
   각각 혈청과 비강 내 용종 또는 점막에서 3종류의 포도상구균의 외독소 SEA, SEB, TSST-1에 대한 specific immunoglobulin E를 측정하였다. 먼저 혈청은 채취한 혈액을 1,500 rpm으로 10분간 원심 분리하여 얻었고, 비강 내 용종과 비점막은 1 ml의 생리 식염수와 혼합하여 grinder로 분쇄한 후 1,500 rpm으로 10분간 원심 분리하여 상층액을 얻었다. 각각의 혈청과 조직 상층액을 ImmunoCap system을 이용하여 specific IgE를 측정하였다. 측정하고자 하는 표준 물질의 항 IgE가 공유 결합된 ImmunoCap을 microplate에 설치하고 환자의 혈청과 조직 상층액 그리고 표준 물질을 각각 50 μl씩 microplate로 옮긴 후 30분간 상온에서 반응시킨 후 세척하였다. β-galactosidase로 표식된 토끼 항 human IgE 항체를 50 μl씩 첨가한 후 150분간 상온에서 반응시켰고, 다시 세척한 뒤 형광물질이 포함된 용액을 첨가하여 10분 동안 반응 후 형광검출기인 Fluoro Count 96(Pharmacia, Sweden)에 넣어 형광광도를 측정하였다. 결과는 IgE에 대한 WHO 공인 국제 표준 물질을 사용하여 정량을 kU/l로 표시하였고 전체를 6등급으로 세분한 기준을 사용하였으며 0.7 kU/l 이상을 양성으로 처리하였다. 

조직 내 호산구 개수의 측정
   조직 내 호산구 개수의 측정은 수술 시 채취한 비강 내 용종과 점막을 포르말린에 고정한 후 파라핀 블록을 제작하여 병리 조직 슬라이드를 작성한 후 이를 H&E 염색을 하고 400배의 고배율로 10개의 부위에서 관찰하여 평균을 구하는 방법으로 측정하였다. 

통계 처리
   통계처리는 Windows용 SPSS version 12.0(SPSS Inc. Chicago, U.S.A.) 프로그램을 이용하여 paired T test와 ANOVA test로 분석하였고 p값이 0.05 미만인 경우를 통계학적으로 유의한 것으로 해석하였다. 

결     과

도말 배양 검사
   수술 전 비강 내에서 시행한 도말 배양검사 결과 비용종군에서 Staphylococcus aureus는 8명(27%), 대조군에서는 1명(10%)이 검출 되어 Staphylococcus aureus가 비용이 동반된 만성 부비동염 환자에서 의미 있게 높게 나왔다(p=0.023)(Table 1). 또한 A군이 8명, B군은 22명, C군 9명으로 분류되어 각각 이들 군 간의 specific IgE를 비교하였다.

Specific IgE의 측정
   혈청에서 측정한 specific IgE가 한 개 이상 양성으로 나온 환자는 총 30명의 비용 환자 중 9명(30%)이었으며 이들에서 총 22예가 중복되어 검출되었다. 이 중 SEA에 대한 IgE가 6예, SEB에 대한 IgE가 7예, TSST-1에 대한 IgE가 9예로 대조군에서는 3가지의 포도상구균 외독소에 대한 IgE가 모두 검출되지 않아 환자군과 대조군에서 유의한 차이를 보였다(p=0.037)(Fig. 1). 
   비용종과 비점막 조직에서 측정한 포도상구균 외독소에 대한 specific IgE는 비용군 30명 중에서 2명에서만 검출되었는데 이들 환자들은 모두 SEA와 TSST-1에 대한 IgE가 동시에 검출되었다. 이에 비해 10명의 대조군에서는 1명에서 SEA와 TSST-1에 대한 IgE가 동시에 검출되어 의미있는 차이를 보이지 않았다(p=0.132)(Fig. 2).

도말 배양 검사와 Specific IgE와의 상관 관계
   혈청에서 측정한 specific IgE는 A군에서 63%의 발현율을 보였고 B군은 18%, C군에서는 0%의 발현율을 보여, 비용종이 있고 균배양검사에서 양성으로 나온 A군이 비용종이 있고 균배양검사에서 음성인 B군보다 specific IgE의 발현률이 통계적으로 의미 있게 높았고(p=0.047) 대조군 C군에 비해서도 유의한 차이를 보여주었다(p=0.018)(Fig. 3). 그러나 조직에서 측정한 specific IgE는 A군 25%, B군에서는 0%를, C군 11%의 발현율을 보여 A군과 B군 사이에 유의한 차이가 있었으나(p=0.021) A군과 C군 간에는 의미 있는 차이를 보여주지 않았다(p=0.081)(Fig. 4).

비용 조직 내 호산구 개수의 측정
   비용 조직 내 호산구의 평균 개수는 A군(p=0.042)과 B군 등 비용종군에서 배양결과와 상관없이 대조군인 C군에 비해 의미있게 높게 나왔다(Fig. 5). 또한 포도상구균 외독소에 specific IgE 양성군에서 음성군에 비해 유의하게 호산구의 개수가 증가하여 specific IgE가 비용 내 호산구의 증가와 관련이 있음을 보여 주었다(p=0.039)(Fig. 6).

고     찰

   비용을 동반한 만성 부비동염의 수많은 발생 기전 중 감염은 가장 유력한 인자이며 이러한 염증을 일으키는 균 중에서 포도상 구균은 만성 부비동염 환자에서 가장 흔하게 검출 되는 균주 중의 하나이다.^14,15,16) 본 연구에서도 배양 검사상 비용종이 동반된 부비동염에서 포도상구균이 대조군에 비해 의미 있게 높게 검출되어 비용종을 일으키는 주요 병인으로 역할을 할 수 있음을 보여 주었다. 그러나 이 균은 부비동염이 없는 대조군에서도 정상 균주로 일부 발견되었기 때문에 이 균에 대한 민감도에 따라 사람에게 염증을 일으킬 수 있음을 시사하였다.
   포도상구균의 외독소가 인간의 질병에서 염증 반응를 일으키는 기전은 다음과 같이 알려져 있다.¹⁷⁾ 첫 번째는 초항원(superantigen)으로서의 역할로 초항원은 항원표지 세포 내에서 정상적인 항원 반응 과정을 거치지 않고 major histocompatibility complex(MHC) class II 입자와 T 세포 수용체 Vβ쇄 사이에 결합하여 연결 고리를 형성함으로써 T 세포를 직접적으로 활성화시키는 경우이다. 일반적인 항원 반응은 전체 T 세포의 0.01%만을 활성화시키는데 비해 superantigen은 전체 T 세포의 30%까지 활성화시켜 정상적인 항원 반응보다 약 1,000배 이상으로 강력하게 T 세포를 활성화 시킬 수 있다고 알려져 있다.^18,19) 두 번째는 외독소들이 알레르기 항원(allergen)으로 작용하여 외독소들에 대한 specific IgE를 생성하여 알레르기 반응을 활성화시킴으로써 유발되는 호산구의 증가와 관련이 있다고 알려져 있다.^10,20) 따라서 비강 내에서 이러한 포도상구균의 외독소들에 대한 반복적인 노출은 초항원에 의한 T 세포에서의 TH1과 TH2 cytokines(IL-4, IL-5, and IL-13)들의 강력한 분비 증가와 알레르기 반응 등이 복합적으로 작용해 이론적으로 비용 내에서 보이는 호산구 증다증이나 림프구 증식증의 발생에 관여할 수 있다.^1,2,10,20) 본 연구에서도 포도상구균에 대한 특이 IgE가 비용종군의 혈청에서 대조군에 비해 의미 있게 증가되었고 또한 특이 IgE가 증가된 군에서 또한 비용 내 호산구의 개수가 의미 있게 증가하여 포도상구균이 혈청학상 전형적인 알레르기 반응에 영향을 주는 알레르겐(allergen)으로 작용할 수 있음을 보여주었다.
   Tripathi 등¹²⁾에 의하면 staphylococcal exotoxin과 streptococcal pyrogenic exotoxin에 대한 specific IgE는 비용을 동반한 부비동염 환자군의 혈청 중 78%에서 검출이 되었지만 정상 대조군에서는 아무도 검출되지 않았다. Conley 등¹¹⁾도 ELISA를 이용한 혈청검사에서 staphylococcal exotoxin(SE)- specific IgE가 CRSwNP 환자의 50%에서 발견되었으나 대조군에서는 0%에서 발견되었다. 본 연구에서도 혈청에서 측정한 specific IgE는 비용 표면에서 균이 배양된 경우에 63%로 균배양이 되지 않은 비용군 18%와 대조군 0%에 비해 의미 있게 높게 검출되었다. 이는 비용 표면에 존재하는 포도상구균의 외독소가 직접적으로 조직 내로 들어가거나 혈관으로 이동하여 전신적인 알레르기 반응을 거쳐 특이 IgE가 증가되었음을 의미한다. 따라서 향후 비용표면에서 균배양 시 포도상구균이 나오는 경우에 이러한 외독소에 대한 특이 IgE가 증가되어 알레르기 반응을 유도할 가능성이 높기 때문에 치료 방법이나 예후에 있어 이를 고려하여야 한다. 물론 대조군의 10%에서도 포도상구균이 정상 균주로 존재하였기 때문에 모든 비용의 형성에 영향을 주지는 않지만 비용에 따라 이러한 비용표면에 존재하는 포도상구균이 알레르기 항원으로 작용하여 알레르기 반응을 활성화시켜 호산구의 개수를 증가시키는데 일부 영향을 줄 수 있다고 생각한다. 
   포도상구균이 배양되지 않은 비용군의 18%에서도 황색포도상구균에 대한 specific IgE가 검출된 것은 배양검사의 민감도나 황색포도상구균에 대한 개인의 감수성 차이에 기인한 것으로 보이며 보다 민감한 배양 기술을 통해 배양률을 향상 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
   Bachert 등¹⁰⁾은 비용조직 내에서 staphylococcal exotoxin A와 B(SEA, SEB)에 대한 specific IgE를 측정한 결과 비용을 동반한 부비동염 환자 20명 중 10명(50%)에서 검출이 되었다. 또한 이런 환자의 비용 조직 내 호산구, ECP, LTC4/D4/E4, Eotaxin과 interleukin-5의 농도는 대조군들에 비해 의미있게 높았다. 저자들의 연구는 이들과는 달리 비용조직 내의 특이 IgE는 혈청 내의 specific IgE와는 달리 대조군에 비해 유의하게 높게 나오지는 않았다. 그러나 이와 같은 비용 조직 내의 특이 IgE는 비용 표면에서 균이 검출된 비용군 중에서 혈청에서 특이 IgE가 증가한 5명 중 2명에서 공히 SEA와 TSST-1에 대한 specific IgE가 증가되어 혈청과 비용 조직 내의 specific IgE가 서로 직접적으로 관련되어 증가함을 보여주었다.
   대조군의 비점막 조직에서 혈청에서는 나타나지 않았던 특이 IgE가 검출된 것은 비점막에 존재하는 포도상구균 외독소가 조직에서의 특이 IgE의 발현을 가능하게 하였으나 조직 내로 침투하여 전신적인 혈청 반응으로 이어지지 않은 것에 기인하는 것으로 사료되며 이는 개개인의 조직학적, 면역학적인 소인에 영향을 받을 것으로 생각된다.
   Bachert 등¹⁰⁾는 비용 조직 내 specific IgE의 분포에 따라 비용 조직을 3가지 종류로 분류하였다. 저자들의 결과에 있어서도 모든 포도상구균이 검출된 환자의 비용군에서 specific IgE가 검출된 것이 아니기 때문에 이와 같은 비용에 따른 차이는 비용 자체의 특성에 따라 또는 사람마다 이러한 외독소들에 대한 반응이 유전학적으로 조절되거나 민감도 및 면역력에 따라 각기 다른 반응을 보이기 때문이라고 생각한다. 
   본 연구에서 비용 조직에서 측정한 호산구의 개수는 혈청에서 포도상구균 외독소에 특이한 IgE 양성군에서 음성군에 비해 통계학적으로 유의하게 증가하는 경향을 보여 포도상구균의 외독소가 전신적인 혹은 국소적인 알레르기 반응을 통해 비용 내 호산구의 증가를 유도하는데 기여함을 보여주었다. 따라서 이와 같이 비용 내 증가되어 있는 호산구에 의해 싸이토카인의 분비가 활성화되면서 비용의 형성 및 성장에 원인인자로서 작용할 수 있음을 제시해주고 있다.

결     론

   본 연구를 통하여 저자들은 비강 내에 산재하는 포도상구균의 외독소가 알레르기 항원으로 작용하여 포도상구균에 특이한 IgE를 발현시켜 국소적 및 전신적인 알레르기 반응을 유발시키고 이를 통해 비용에 있는 호산구의 증가와 관련이 있을 수 있음을 보여주었다. 향후 이러한 포도상구균의 외독소가 비용을 발생시키는 상세한 병리 기전에 대해서는 더 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다.

1. Bernstein JM, Ballow M, Schlievert PM, Rich G, Allen C, Dryja D. A superantigen hypothesis for the pathogenesis of chronic hyperplastic sinusitis with massive nasal polyposis. Am J Rhinol 2003;17(6):321-6.

2. Schubert MS. A superantigen hypothesis for the pathogenesis of chronic hypertrophic rhinosinusitis, allergic fungal sinusitis, and related disorders. Ann Allergy Asthma Immunol 2001;87(3):181-8.

3. Tripathi A, Kern R, Conley DB, Seiberling K, Klemens JC, Harris KE, et al. Staphylococcal exotoxins and nasal polyposis: Analysis of systemic and local responses. Am J Rhinol 2005;19(4):327-33.

4. Bachert C, van Zele T, Gevaert P, De Schrijver L, Van Cauwenberge P. Superantigens and nasal polyps. Curr Allergy Asthma Rep 2003;3(6):523-31.

5. Seiberling KA, Conley DB, Tripathi A, Grammer LC, Shuh L, Haines GK, et al. Superantigens and chronic rhinosinusitis: Detection of staphylococcal exotoxins in nasal polyps. Laryngoscope 2005;115(9):1580-5.

6. Proft T, Fraser JD. Bacterial superantigens. Clin Exp Immunol 2003;133(3):299-306. 

7. Leung DY, Harbeck R, Bina P, Reiser RF, Yang E, Norris DA, et al. Presence of IgE antibodies to staphylococcal exotoxins on the skin of patients with atopic dermatitis. Evidence for a new group of allergens. J Clin Invest 1993;92(3):1374-80.

8. Bunikowski R, Mielke M, Skarabis H, Herz U, Bergmann RL, Wahn U, et al. Prevalence and role of serum IgE antibodies to the Staphylococcus aureus-derived superantigens SEA and SEB in children with atopic dermatitis. J Allergy Clin Immunol 1999;103(1 pt 1):119-24.

9. Herz U, Ruckert R, Wollenhaupt K, Tschernig T, Neuhaus-Steinmetz U, Pabst R, et al. Airway exposure to bacterial superantigen (SEB) induces lymphocyte-dependent airway inflammation associated with increased airway responsiveness-a model for non-allergic asthma. Eur J Immunol 1999;29(3):1021-31.

10. Bachert C, Gevaert P, Holtappels G, Johansson SG, van Cauwenberge P. Total and specific IgE in nasal polyps is related to local eosinophilic inflammation. J Allergy Clin Immunol 2001;107(4):607-14.

11. Conley DB, Tripathi A, Ditto AM, Reid K, Grammer LC, Kern RC. Chronic sinusitis with nasal polyps: Staphylococcal exotoxin immunoglobulin E and cellular inflammation. Am J Rhinol 2004;18(5):273-8.

12. Tripathi A, Conley DB, Grammer LC, Ditto AM, Lowery MM, Seiberling KA, et al. Immunoglobulin E to staphylococcal and streptococcal toxins in patients with chronic sinusitis/nasal polyposis. Laryngoscope 2004;114(10):1822-6.

13. Rohde G, Gevaert P, Holtappels G, Borg I, Wiethege A, Arinir U, et al. Increased IgE-antibodies to Staphylococcus aureus enterotoxins in patients with COPD. Respir Med 2004;98(9):858-64.

14. Kluytmans J, van Belkum A, Verbrugh H. Nasal carriage of Staphylococcus aureus: Epidemiology, underlying mechanisms, and associated risks. Clin Microbiol Rev 1997;10(3):505-20.

15. Chan J, Hadley J. The microbiology of chronic rhinosinusitis: Results of a community surveillance study. Ear Nose Throat J 2001;80(3):143-5.

16. Lee KS, Kim JJ, Kim KS. A bacteriological study on chronic maxillary sinusitis. Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 1981;24(4):598-604.

17. Bernal A, Proft T, Fraser JD, Posnett DN. Superantigens in human disease. J Clin Immunol 1999;19(3):149-57.

18. Morita CT, Li H, Lamphear JG, Rich RR, Fraser JD, Mariuzza RA, et al. Superantigen recognition by gammadelta T cells: SEA recognition site for human Vgamma2 T cell receptors. Immunity 2001;14(3):331-44.

19. Petersson K, Forsberg G, Walse B. Interplay between superantigens and immunoreceptors. Scand J Immunol 2004;59(4):345-55.

20. Gevaert P, Holtappels G, Johansson SG, Cuvelier C, Cauwenberge P, Bachert C. Organization of secondary lymphoid tissue and local IgE formation to Staphylococcus aureus enterotoxins in nasal polyp tissue. Allergy 2005;60(1):71-9.