교신저자：신승헌, 705-718 대구광역시 남구대명4동 3056-6  대구가톨릭대학교 의과대학 이비인후과학교실
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서     론

   알레르기성 비염과 기관지 천식은 제 1형 과민반응이 관여하는 병태생리를 가지고 있는 질병의 표현 장기에 따라 나누어지는 질환이다. 알레르기가 부비동염의 발병기전에 관여하는지에 대한 논란은 있으나 알레르기성 염증반응이 부비동염에 영향을 미치며 부비동염의 대부분은 비강 염증을 동반하고 있어 비부비동염이라는 용어를 흔히 사용하고 있다.¹⁾ 알레르기성 비염 환자의 15~40%는 기관지 천식을 가지고 있으며, 기관지 천식 환자의 30~80%는 알레르기성 비염을 동반하고 있다. 부비동염 또한 기관지 천식과 연관성을 가지고 있어 알레르기성 비염 환자의 40~80%에서 만성 부비동염의 증상을 동반하며, 만성 부비동염 환자의 30~50%는 기관지 천식을 동반하고 있다. 알레르기성 비염과 기관지 천식이 함께 있는 환자에서 비염을 치료함으로써 기관지 천식의 증상이 호전되며, 기관지 천식을 동반한 만성 부비동염 환자의 경우 부비동 내시경수술 시행 후 천식에 대한 약물치료의 필요성이 줄어들고 증상도 완화되는 것으로 알려져 있다.^2,3,4)
   상기도와 하기도 질환의 연관성은 다양한 기전이 관여하는 것으로 생각하고 있다. 즉 비강의 삼차신경, 기관지의 미주신경과 부교감신경 사이에서 일어나는 비-기관지 반사작용, 비즙에 존재하는 염증세포나 화학매개물질이 후비루와 함께 하기도에 영향을 미치거나, 염증세포나 화학매개물질이 혈액을 타고 이동하여 폐 및 하기도에 영향을 미치는 것이다. 그 외에도 비강의 생리학적 기능인 여과작용, 온도조절 및 가습작용에 장애가 초래되어 하기도가 다량의 항원과 병원성 물질에 노출되어 알레르기와 염증을 유발하게 된다.^2,3,4,5)
   지금까지 알려진 진균은 약 10만 종에 달하고 이중 200여 종만이 병원성이 있으며 Alternaria, Cladosporium, Aspergillus 등이 호흡기 질환과 연관이 있는 것으로 알려져 있다.^6,7) 특히 Aspergillus는 알레르기성 기관지폐 질환으로 오래전부터 많은 연구가 이루어져 왔고, Alternaria는 기관지 천식을 악화시키는 진균으로 알려져 있다.⁸⁾ 만성 부비동염 환자의 경우 비즙에서 Alternaria, Penicillium, Cladosporium 등이, 알레르기성 진균성 부비동염 환자는 Bipolaris, Culvularia, Aspergillus 등의 진균이 배양되어 진균이 부비동염의 발병에도 관여하는 것으로 보고되었다.^9,10) 진균은 heat shock protein, ribosomal protein, aldehyde dehydrogenase 등 수십 종의 단백성분과 효소로 구성되어 있다. 이들 항원성 물질들은 환자의 림프구, 호산구, 상피세포 등에 직접 영향을 미쳐 각종 화학매개물질의 생산을 유도하고 이로 인해 호흡기 염증반응을 유지 악화시킨다.^11,12)
   본 연구는 상기도 및 하기도 질환자의 말초혈액단핵구(PBMC)를 호흡기에서 흔히 검출되는 진균으로 활성화를 유도하여 상기도와 하기도의 병태생리학적 공통점 및 차이점을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법

   만성 부비동염 및 비용으로 진단 받고 부비동 내시경수술을 시행한 14명(CRS, 남자 8명, 여자 6명, 평균연령 48.6세), 알레르기성 비염 환자 11명(AR, 남자 7명, 여자 4명, 평균연령 43.7세), 알레르기성 천식 환자 12명(AA, 남자 7명, 여자 5명, 평균연령 51.3세), 비알레르기성 천식 환자 6명(NAA, 남자 5명, 여자 1명, 평균연령 47.2세), 정상인 10명(NC, 남자 6명, 여자 4명, 평균연령 39.7세)을 대상으로 하였다. 만성 부비동염의 진단은 병력과 부비동 내시경 및 부비동 전산화 단층촬영을 기준으로 진단하였으며, 기관지 천식은 병력, 폐기능 검사 및 방사선 검사를 기준으로, 알레르기 유무는 피부단자검사와 혈청 특이항체검사(MAST)에서 양성반응을 보인 경우로 하였다. 정상인은 알레르기, 천식, 만성 부비동염 등의 과거력이 없으면서 최근 호흡기 감염 증상이 없고 알레르기 검사에서 음성인 경우를 대상으로 하였다. 대상자 중 검사 시행 전 8주 이내 항생제, 전신 혹은 국소 스테로이드제나 항히스타민제, 기관지 확장제 등의 약물 치료를 시행한 경우는 대상에서 제외하였다. 
   PBMC는 대상자에서 헤파린 처리된 혈액 20 ml를 얻어 Hisotpaque(Sigma, St Louis, MO)를 이용한 density gradient centrifugation법을 이용하여 분리하였다. PBMC 2×10⁶/ml를 10% calf serum, 2 umol/L glutamine, 50 umol/L 2-mercaptoethanol이 섞인 RPMI-1640을 배양액으로 하여 Alternaria alternata, Aspergillus versicolor, Cladosporium herbarum, Candida albicans, Penicillium notatum(Greer Lab, Lenoir, NC) 등을 50 μg/ml 넣고 37℃, 5% CO₂에서 배양하였다. 72시간 배양 후 배양액 상층액을 얻어 Interleukin-5(IL-5), IL-13, interferon-γ(INF-γ)을 Endogen사(Woburn, MA)의 enzyme-linked immunosorbent assay 키트를 이용하여 측정하였으며, IL-5, IL-13, INF-γ 모두 2 pg/ml 이상의 민감도를 가지고 있었다. 진균에 의한 PBMC의 사이토카인 생성은 Mann-whitney U test를 이용하여 분석하였으며, 유의수준은 0.05로 하였다.

결     과

   PBMC를 진균과 함께 배양한 경우 IL-5의 생성은 Alternaria에 의해 CRS는 91.9±119.6 pg/ml, AR 157.9±189.0 pg/ml, AA 104.4±117.3 pg/ml, NAA 35.5±25.3 pg/ml로 정상 대조군에 비해 CRS, AR, AA군에서 유의하게 증가하였다(p<0.05). Asprgillus, Cladosporium, Candida의 경우도 정상 대조군에 비해 CRS, AR, AA군에서 유의하게 IL-5의 생성이 증가하였다(p<0.05). Aspergillus는 AR 40.7±42.4 pg/ml, AA 19.3±18.6 pg/ml으로 NAA의 1.7±1.8 pg/ml보다 유의하게 많이 생성을 유도하였다(Fig. 1). IL-13은 Alternaria의 경우 CRS 41.3±65.5 pg/ml, AR 28.1±39.6 pg/ml, AA 38.9±55.9 pg/ml로 정상 대조군보다 유의하게 많은 양의 생성을 유도하였으나 다른 진균의 경우 IL-13의 생성이 군 간에 차이를 보이지 않았다(Fig. 2). INF-γ는 Alternaria의 경우 NAA 768±578.8 pg/ml가 생성되어 CRS(113.1±65.0 pg/ml), AR (33.2±29.9 pg/ml), AA(119.3±209.7 pg/ml), NC(58.7±45.8 pg/ml)보다 유의하게 증가되었다(p<0.05). CRS의 경우도 AR, NC보다 통계학적으로 유의한 증가소견을 보였다(p<0.05). NAA군은 Candida(1530.3±2001.4 pg/ml), Cladosporium(286.9±310.0 pg/ml)에 의해서도 많은 양이 생성되어 다른 군에 비해 유의한 증가소견을 보였다(Fig. 2)(p<0.05).

고     찰

   만성 부비동염은 만성 질환 중 가장 흔한 질병의 하나로 새로운 항생제의 개발과 부비동 내시경수술 등 새로운 치료법의 도입에도 불구하고 발생 빈도는 감소되지 않고 있다. 알레르기성 비염과 천식은 대표적인 알레르기 질환으로 생활의 서구화와 대기 오염 등으로 발병률이 증가하고 있는 추세이다. 이들 호흡기 질환들은 환자의 삶의 질을 악화시키고 경제적인 문제 뿐 아니라 신체 전반에 나쁜 영향을 미친다. 상, 하기도 질환인 알레르기성 비염, 기관지 천식과 만성 부비동염은 깊은 연관성과 유사한 병태생리를 가지고 있다.^2,3,4) 상기도와 하기도는 유사한 형태학적 특성을 가지고 있으며 알레르기성 비염, 천식, 부비동염은 점막의 염증성 비후와 염증세포 증가 등 공통적인 병리학적 소견을 보인다. 알레르기성 비염은 성인이 되어 발병하는 천식의 중요한 위험인자로 작용하며, 아토피를 가진 환자에서 천식의 발병률이 3배 이상 높게 나타난다.²⁾
   진균은 집먼지 진드기 다음으로 주된 항원으로 알레르기를 유발하며, 진균이 가지고 있는 다양한 항원성 물질들은 만성 부비동염, 알레르기성 비염, 기관지 천식의 발병과 만성화에 관여하고 있다. 호흡기 점막은 호흡기 내로 들어온 미생물을 제거하기 위해 아주 효율적이고 특이한 기능과 구조를 가지고 있다. 세포 간 폐쇄막 등의 물리적 장벽을 형성하여 항원의 이동을 차단하고, 상피세포의 배설세포에서 분비되는 glycoconjugate, 방어 단백물질과 효소들은 미생물을 직접적으로 제거하거나 탐식 작용을 촉진시켜준다.¹²⁾ 호흡기로 들어온 진균이 병원성을 나타내기 위해서는 점액섬모운동의 장애로 흡입된 진균의 배출 장애가 생겨 호흡 상피세포와 접촉시간이 길어지는 경우, 침입한 진균의 제거를 위해 비강 상피에 존재하는 살진균성 단백물질의 이상이 있는 경우로 진균에서 분비되는 단백질분해효소에 의해 국소적 염증반응이 유발된다. 세 번째로 진균에 의해 보체 체계와 항원-항체 반응이 억제되고, 탐식 세포에 의한 진균의 탐식작용이 진균에서 분비되는 gliotoxin, 균사 독소 등에 의해 억제된다. 마지막으로 진균에서 분비되는 단백분해효소들이 진균의 조직 내 침투를 용이하게 하여 여러 가지 질병을 일으키게 된다.^13,14) 본 연구에서는 호흡기 질환을 유발하는 진균 중 Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Candida, Penicillum 등 만성 부비동염과 정상인의 비강에서 흔히 배양되는 진균을 사용하였다.
   인체는 감염성 염증반응에 관여하는 Th1 림프구와 알레르기성 염증반응에 관여하는 Th2 림프구가 균형을 이루면서 면역반응을 조절하는 것으로 알려져 있다. 호흡기 질환의 경우도 알레르기 염증반응이 주된 병리기전으로 작용하는 알레르기성 비염과 기관지 천식은 Th2 림프구의 역할이 강하게 나타나지만 만성 부비동염의 경우는 특이하게 Th1과 Th2 림프구의 활성화가 중요한 발병기전으로 알려져 있다. 진균의 인체 감염은 세포매개면역 방어기전에 의해 병원성 발현이 억제되지만 호흡기 점막의 방어능력이 손상되는 경우 Th2 림프구의 활성화가 유도되어 병적상태를 초래하게 된다.¹⁵⁾ 저자들의 경우 Th2 사이토카인인 IL-5와 IL-13은 CRS, AR, AA에서 유의한 증가소견을 보였고, Th1 사이토카인 INF-γ는 NAA와 CRS에서 많은 양이 생성되어 기존의 알레르기 및 감염성 염증반응의 특성과 동일한 결과를 보였다. 이는 만성 부비동염 혹은 비용 조직 내 세포들이 IL-5, IL-13, INF-γ 등을 가지고 있어 부비동염의 염증반응에 Th1과 Th2가 함께 관여한다는 보고와 일치하는 소견이다.¹⁶⁾
   진균은 다양한 단백질과 단백분해효소 등의 성분을 가지고 있으며 이들이 호흡기 염증반응에 관여하며, 특히 Aspergillus와 Alternaria는 기관지 천식을 악화시키는 주요 인자로 알려져 있다.⁸⁾ Katzenstein 등¹⁷⁾이 부비동 내 존재하는 Aspergillus가 만성 부비동염을 유발한다고 보고가 있은 후 최근 들어 부비동염 발병기전에 진균의 역할에 대한 관심이 높아지고 있다. 만성 부비동염 환자 뿐 아니라 정상인의 비즙에서도 다양한 진균이 배양되어 만성 부비동염 환자들이 진균에 대한 특이한 면역반응을 가지고 있을 것이라는 가설이 제시되었다.⁹⁾ 본 연구에서는 IL-5의 경우 CRS, AR, AA군에서 Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Candida에 의해 생성이 증가되었고, IL-13은 Alternaria에 의해서만 유의하게 많은 양이 만들어 졌다. Th1 사이토카인인 INF-γ는 NAA군에서는 Alternaria, Cladosporium, Candida에 의해, CRS군은 Alternaria에 의해 생성이 증가되어 다섯 가지 진균 중 특히 Alternaria가 CRS, AR, AA, NAA 모두에서 IL-5, IL-13, INF-γ의 생성을 유도하여 강력한 염증유발 인자로 작용함을 알 수 있었다. 이는 Alternaria가 공기 중 존재하는 진균 중 알레르기성 질환과 부비동염의 발병에 중요한 역할을 담당하는 호산구의 활성화를 유도하며, 만성 부비동염 환자의 말초혈액단핵구 또한 Alternaria에 의해 강하게 활성화가 유도되어 Alternaria가 호흡기 질환의 발병기전에 중요한 역할을 담당한다는 기존의 연구결과와 유사한 결과를 보였다.^18,19)
   이상의 결과를 종합해 보면 공기 중에 존재하는 진균에 의해 상기도 및 하기도 질환을 가진 환자 말초혈액단핵구의 활성화가 유도되었다. 알레르기성 비염과 알레르기성 천식의 경우 Th2 사이토카인인 IL-5와 IL-13이, 비알레르기성 천식은 Th1 사이토카인인 INF-γ가, 만성 부비동염의 경우 Th1과 Th2 사이토카인 모두가 진균에 의해 생성이 증가되었다. 공기 중 존재하는 진균 중 Penicillium은 말초혈액단핵구의 활성화를 유도하지 못하였고, 기타 네 가지 진균 중 특히 Alternaria는 상·하기도 질환 모두에서 강력하게 염증반응을 유발하였다. 즉 공기 중 존재하는 진균이 호흡기 내로 들어와 진균이 가지고 있는 다양한 단백질 성분과 병원성 물질에 의해 알레르기 및 감염성 염증반응 등의 면역반응을 유발함을 알 수 있었다.

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