Address for correspondence : Jae-Hoon Lee, MD, Department of Otolaryngology-Head & Neck Surgery, Institute of Wonkwang Medical Science, School of Medicine, Wonkwang University, 895 Muwang-ro, Iksan 570-711, Korea
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서     론

   알레르기비염은 특정항원에 노출된 이후 IgE에 의해 매개된 과민성 면역반응에 의한 코의 염증반응으로 나타나는 질환으로 국소적인 증상만을 보이는 경우도 있으나, 흔히 다른 알레르기 질환과 동반되며 전신적 질환의 일부 발현으로 보기도 한다.^1,2) 따라서 다른 알레르기 질환과 공통된 병태생리적 특징을 갖는 것으로 여겨지고 있다.
   Chitin[B-(1-4)-poly-N-acetyl D-glucosamine]은 자연에서 cellulose 다음으로 가장 풍부한 polysaccharide이다.^3,4,5) 박테리아, 곰팡이, 버섯의 세포벽, 게, 새우와 같은 갑각류 혹은 곤충의 껍질, 많은 곤충들의 소화기에서 존재한다.^3,4,5) Chitin을 가지고 있는 생물체는 chitin이 기생충에 대한 방어역할, 병원균의 면역반응에 작용하는 것으로 알려져 있다. 면역반응에서의 chitin은 제1형 면역반응을 증가시키고, 제2형 면역반응을 억제하는 것으로 알려져 있다.⁶⁾ Chitin을 코 안으로 주입하는 동물실험에서 주입 후 알레르기 항원에 의한 혈청 IgE, 호산구, 기도과민반응, 폐 염증반응들을 감소시켰다.⁷⁾ 많은 포유동물들은 chitin을 직접 생성하지는 않지만 chitin을 가지고 있는 병원체에 방어역할로 chitin을 분해하는 효소들인 chitinases를 가지고 있다.^8,9) Chitinases 중의 하나로 알려진 acidic mammalian chitinase(CHIA)가 천식의 제2형 면역반응과 관련됨이 보고되었다.¹⁰⁾ 특히 천식 환자의 연구에서 인간에 존재하는 chitinase인 YKL-40[human cartilage glycoprotein 39 혹은 chitinase 3-like 1(CHI3L1)이라고도 불림]의 혈청 및 기관폐포세척액에서 증가되며, 천식의 심한 정도에 비례하는 것으로 밝혀졌다.¹¹⁾ 현재까지 알레르기비염과 chitinase와의 연관성에 대한 연구는 미미한 상태로, 저자들은 알레르기비염 환자의 혈청과 비세척액(nasal lavage fluid)에서 YKL-40의 수준을 측정하여 정상대조군과 비교하였으며, 알레르기비염 환자의 증상점수에 따라 경증-중등군과 중증군, allergic rhinitis and its impact on asthma(ARIA) 분류에 따라 경증군과 중등-중증군으로 구분하여 YKL-40의 수준을 서로 비교하였다.

대상 및 방법

대  상
   재채기, 맑은 콧물, 코막힘을 주소로 본원 이비인후과를 방문하여 알레르기비염으로 의심되는 환자 중, multiple allergen simultaneous test(MAST)에서 알레르기비염으로 판정된 성인 환자 62명[30±12세(19~45세), 남: 35명, 여: 27명]을 대상으로 하였다. 알레르기 항원특이 IgE 항체는 Allergy Screen(R-Biopharm, Darmstadt, Germany)을 이용한 MAST로 측정하였다. 화학발광도에 따라 class 0(0.00~0.34 IU/mL), class 1(0.35~0.69 IU/mL), class 2(0.70~3.49 IU/mL), class 3(3.50~17.49 IU/mL), class 4(17.50~49.99 IU/mL), class 5(50.00~99.99 IU/mL), class 6(≥100 IU/mL)로 구분하였다. 집먼지, 집먼지 진드기, 곰팡이, 개, 고양이, 바퀴벌레, 꽃가루, 목초 등과 같은 총 39종의 알레르기 항원에 대한 특이 IgE 농도를 측정하였고 class 2 이상인 경우 양성으로 판정하였다.
   내원 4주 이내에 항히스타민제, 스테로이드 및 항생제를 사용한 경우나 과거에 비과적 수술을 받은 경우는 제외하였고, 천식 및 아토피성 피부염 같은 알레르기질환이 동반된 경우도 제외하였다. 대조군은 알레르기비염을 포함한 알레르기 질환의 가족력 및 병력이 없고 MAST에서 음성을 보인 건강인 36명[26±8세(20~39세), 남: 18명, 여: 18명]을 대상으로 하였다.
   환자군은 설문지를 통해 코막힘, 콧물의 정도, 재채기 회수에 대하여 각 증상을 0~3 단계로 점수화[0: 무증상, 1: 경증, 2: 중등, 3: 중증(총점: 0-9)]하여¹²⁾ 증상 합산 점수에 따라 경도-중등도(1-6), 중증도(7-9)의 두 군으로 분류하였다. 또한 설문지를 통해 ARIA 분류¹³⁾를 시행하였다. 금번 연구는 병원 내 임상실험윤리위원회의 승인을 얻어 실시하였다.

방  법
   혈중 호산구는 자동혈구계산기인 Sysmex 9000(Toa Medical Electronics, Kobe, Japan)으로 분석하고, 혈청 IgE는 Cobas Integra 800(Roche Diagnostics, Basel, Switzerland)으로 분석하였다. 혈청 IgE가 측정범위(<2000 U/mL)를 벗어나는 경우는 희석하여 측정하였다. 비세척은 0.9%의 생리식염수를 사용하였으며 피검자가 앉은 자세에서 먼저 비강내를 흡입기로 간단히 청소한 후 한쪽 비강내에서 5 mL의 식염수로 10초간 유지하여 배출 후 모아두었다. 비세척액 내에서 백혈구 중 호산구 비율을 측정하기 위해 비강세척액을 원심 분리(750 g로 5분)한 후 50 μL를 취하여 cytospin으로 슬라이드를 제작한 다음 Diff-Quik 염색액(Sysmex Co., Kobe, Japan)을 이용하여 염색 후 관찰하였다. 나머지는 YKL-40 농도 측정을 위해 -70℃에 보관하였다.
   혈중 YKL-40은 상업화 된 ELISA kit(R & D systems, Minneapolis, MN, USA)를 이용하여 제조사의 지침에 따라 측정하였다. 환자 혈청은 500배 인산화 완충액을 이용하여 희석 후 측정하였고, 측정범위보다 높거나 낮은 경우 50배 및 5000배 희석하여 검사하여 각 희석 배수를 곱하였고, 식염수 비강세척액은 희석 없이 검사하고, 측정범위보다 높은 경우 50배 희석하여 검사하여 희석 배수를 곱하였다. Anti-human YKL-40 항체로 microwell을 코팅 후 세척액으로 4회 세척하였고, 300 μL blocking 완충액을 분주하여 2시간 방치 후 세척액으로 4회 세척하였다. 희석된 환자 및 대조군 혈청과 비강세척액을 100 μL씩 분주한 후 실온에 2시간 반응시키고 4회 세척하였다. 이후 바이오틴이 결합된 anti-human YKL-40 항체를 100 μL씩 주입한 후 2시간 실온에 방치 후 4회 세척하였다. 스트렙타비딘-퍼옥시다제 접합체를 100 μL 분주하고 20분간 실온에 방치하였다가 4회 세척하였다. 이후 100 μL의 효소 기질액을 첨가하여 실온에 10분간 반응 후 100 μL의 정지액을 첨가하고 450 nm에서 ELISA plate 판독기(Molecular Devices, Synnyvale, CA, USA)에 흡광도를 측정하고 표준곡선과 비교하여 계산하였다.

통  계
   전체 알레르기비염 환자군과 대조군 및 알레르기비염 환자군의 증상점수에 따른 경증-중등군과 중증군, ARIA 분류에 따른 경증군과 중등-중증군을 평균±표준오차로 나타내고, 평균비교는 Student's t-검정을 사용하였다. 유의성은 p값이 0.05 미만인 경우, 통계적으로 유의하다고 판정하였다.

결     과

알레르기비염 환자군와 대조군에서 혈중 YKL-40(B-YKL)과 비세척액 YKL-40(NL-YKL)의 비교
   B-YKL 수준은 알레르기비염 환자군(49±7 pg/mL)과 대조군(44±5 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 1). NL-YKL 수준은 알레르기비염 환자군(1248±98 pg/mL)과 대조군(1568±119 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 1).

알레르기비염 증상점수에 따른 경증-중등군(1~6점)과 중증군(7~9점)과의 B-YKL와 NL-YKL 비교와 알레르기 비염의 3대 증상(코막힘, 콧물, 재채기)의 점수에 대한 B-YKL과 NL-YKL과의 상관성
   알레르기비염 증상 점수에 따른 분류에서 경증-중등군이 42명, 중증군이 20명이었다. 두군 간의 혈청 total IgE의 비교에서 중증군(747±218 U/mL)이 경증-중등군(433±65 U/mL)보다 증가되었으나 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 두군 간의 혈중 호산구 수의 비교에서 알레르기 환자의 중증군(310±50/μL)이 경증-중등군(240±20/μL)보다 증가되었으나 유의한 차이는 보이지 않았다(p>0.05).
   B-YKL 수준은 경증-중등군(46±7 pg/mL)과 중증군(81± 20 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 2). NL-YKL 수준은 경증-중등군(1287±116 pg/mL)과 중증군(1113±186 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 2).
   알레르기비염의 3대 증상(코막힘, 콧물, 재채기)의 각각 점수와 B-YKL, 그리고 NL-YKL 수준과의 유의한 상관관계는 보이지 않았다(p>0.05).

ARIA 분류에서 증상에 따른 경증군(intermittent and persistent mild group)과 중등-중증군(intermittent 
and persistent moderate-severe group)의 B-YKL과 NL-YKL의 비교
   ARIA 분류에 의해 경증-중등군은 18명, 중증군은 44명이었다. 혈청 총 IgE의 비교에서 중등-중증군(524±113 U/mL)과 경증군(524±101 U/mL) 간에 유의한 차이가 보이지 않았다(p>0.05). 혈중 호산구 수의 비교에서 중등-중증군(0.26±0.03/μL)과 경증(0.26±0.05/μL) 간에 유의한 차이는 보이지 않았다(p>0.05).
   B-YKL 수준은 경증군(44±16 pg/mL)과 중등-중증군(50±8 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 3). NL-YKL 수준은 경증군(1321±116 pg/mL)과 중등-중증군(1206±121 pg/mL) 간에 유의한 차이가 없었다(p>0.05)(Fig. 3).

고     찰

   알레르기비염과 천식은 면역학적으로 호산구, T 세포, 비반세포의 침윤과 그에 따른 매개물, chemokine, cytokine과 국소, 전신적 면역글로불린 E 생성으로 인한 유사한 염증 반응을 보이며, 역학적 임상적 증거 자료로 하나의 기도에 발생하는 하나의 질환이라고 인식되고 있다.¹³⁾
   인간에서 밝혀진 chitinase 유사 단백질(chitinase-like proteins)로 acidic mammalian chitinase(CHIA), chitotriosidase(CHIT1), oviduction, YKL-40(CHI3L1) 그리고 YKL-39가 알려져 있다.^8,9) 천식과 YKL-40과의 연관성을 보면 총 253명의 천식환자를 대상으로 시행되었는데 환자군의 혈청 YKL-40 수준과 대조군의 혈청 YKL-40 수준을 비교한 결과 천식환자군에서 유의하게 증가된 소견을 보였다.¹¹⁾ 혈청 YKL-40 수준이 기관폐포세척액 YKL-40 수준에 비례하고, 천식의 심한 정도에 따라 증가되었다. 이러한 점에 주목하여 YKL-40 수준과 천식의 심한 정도에 상관성이 있다는 점이 강조되었다. 증가된 YKL-40 수준이 천식환자의 기관지 상피하 기저막의 두께와 양적인 상관성이 있다는 병리소견을 통해 천식에서의 만성 기도 폐쇄의 의미 있는 표지자로 사용될 수 있음을 시사하였다. 치료적인 측면에서 YKL-40 수준이 증가되면 천식환자가 현재 천식 치료에 잘 반응하지 않음을 반영할 수 있으며, 심한 천식치료에서 YKL-40이 치료대상의 표적으로 고려될 수 있음이 보고되었다.¹⁴⁾ 이러한 연구를 바탕으로 YKL-40을 암호화하는 chitinase 3-like 1(CHI3L1) 유전자에 대한 다형성 연구가 진행되었는데 천식에 대한 증가된 감수성, 기관지 과민성, 그리고 감소된 폐 기능에 연관성이 있다고 보고되었다.¹⁵⁾ 혈청 YKL-40의 증가는 CHI3L1 유전자의 CC형에서 연관성이 있었고, CG와 GG형은 중등도 혹은 낮은 YKL-40 수준과 중등도 혹은 낮은 천식 발병률을 보였다. 그러나 최근 chitinase 유사 단백질을 암호화하는 CHIA, CHIT1, 그리고 CHI3L1 유전자에 대한 다형성 연구에서 천식과 연관성이 전혀 없었다고 보고 되어 그 전 연구¹⁵⁾와는 상반된 결과를 보였다.¹⁶⁾
   금번 연구는 연구 대상을 대조군과 알레르기비염군으로 분류하여 혈청 및 비세척액에서 YKL-40 수준을 비교함은 물론이고 설문지를 통한 알레르기비염 3대 증상을 근거로 한 증상 점수에 따라 알레르기비염군을 경증-중등군(1~6점)과 중증군(7~9점)의 두 군으로 나누었다. 그리고 ARIA 분류에 근거하여 증상의 심함에 따라 즉, 경증 간헐성군과 경증 지속성군을 경증군으로, 중등-중증 간헐성군과 중등-중증 지속성군을 중등-중증군으로 나누어 연구하게 되었다. 선행된 외국 연구¹¹⁾에서 YKL-40이 천식의 심한 정도에 상관성이 있다는 점에 근거하여 알레르기비염에서도 증상 정도에 따라 표현형을 구분하게 되었다. 그러나 대조군과 알레르기비염군에서 뿐만 아니라 알레르기비염의 증상 정도에 따른 YKL-40 수준의 비교에서도 차이를 보이지 않았다. 알레르기비염의 3대 증상(코막힘, 콧물, 재채기)의 각각 점수에 대한 혈액과 비세척액의 YKL-40 수준과 유의한 상관관계가 없었다. 이 연구결과를 통해 YKL-40이 알레르기비염 염증반응에 중요한 역할을 담당하지는 않는 것으로 판단된다. 최근 알레르기비염 환자를 대상으로 한 YKL-40의 연구가 보고되었다.¹⁷⁾ 알레르기비염 환자군와 대조군을 대상으로 시행되었는데 환자군의 혈청 YKL-40 수준과 대조군의 혈청 YKL-40 수준을 비교한 결과 알레르기비염 환자군에서 유의하게 증가된 소견을 보였다(p=0.09). 또한, 혈청 YKL-40 수준이 알레르기비염의 심한 정도에 양적인 상관관계를 보였고, 알레르기비염의 코막힘, 맑은 콧물, 재채기, 코 가려움의 증상들 중에서 특히 코막힘, 코 가려움에 대해 양적인 상관성을 보고하였다. 그러나 코막힘, 코 가려움에 대해 양적인 상관성을 보였는지에 대한 기전이나 추가적인 설명은 언급되지 않았다. 이처럼 기존의 연구와 금번 연구의 차이는 몇 가지 이유로 설명될 수 있을 것이다. 첫째, 알레르기 검사법의 차이이다. Kwon 등¹⁷⁾의 연구는 알레르기검사법으로 피부단자검사를 시행한 반면, 금번 연구는 MAST를 시행하였는데 서로간에 알레르기 항원의 양성률에 차이를 보일 수 있다. 최근 Jang 등¹⁸⁾에 의하면 Allergy Screen을 이용한 MAST와 피부단자검사를 비교한 결과 피부단자검사를 기준으로 하여 시약별 일치율과 민감도 및 특이도를 살펴보았는데 일치율이 72.7~98.3%, 민감도는 33.3~96.5%, 특이도는 73.5~98.9%였다. MAST는 피부단자검사와 높은 일치율과 특이도를 보인 반면, 비교적 낮은 민감도를 보였다고 보고하였다. 둘째, Kwon 등¹⁷⁾은 51명의 알레르기비염 환자와 9명의 대조군을 대상으로 한 반면, 본 연구는 62명의 알레르기비염 환자와 대조군 36명을 대상으로 하여 보다 충분한 대조군을 확보하여 연구를 진행하였다. 셋째, Kwon 등¹⁷⁾은 연구 샘플을 혈청으로 국한하여 진행하였고 본 연구는 혈청뿐만 아니라 비세척액을 얻어 동시에 수행하였다. 넷째, 환자의 증상 점수를 알레르기비염의 3대 증상뿐만 아니라 추가적으로 ARIA 분류에 근거하여 현재 연구를 시행하였다.
   지금까지 YKL-40과 알레르기비염과의 연관성에 대한 연구는 거의 미미한 상태로 Kwon 등¹⁷⁾의 연구와 상반된 결과를 보였고 금번 연구결과만으로 YKL-40이 알레르기비염과의 연관성이 적거나 없다고 단정하기는 매우 어려울 것 같다. 앞으로 YKL-40의 알레르기비염에 대한 연구들이 추가적으로 필요할 것으로 생각된다. 

1. Frieri M. Inflammatory issues in allergic rhinitis and asthma. Allergy Asthma Proc 2005;26(3):163-9.

2. Chang MK, Kim SW, Cho JS, Cha CI. The relation between early allergic response and nasobronchial relationship and the associated factors of bronchial hyperreactivity in allergic rhinitis patients. Korean J Otolaryngol-Head Neck Surg 2006;49(8):795-801.

3. Araujo AC, Souto-Padrón T, de Souza W. Cytochemical localization of carbohydrate residues in microfilariae of Wuchereria bancrofti and Brugia malayi. J Histochem Cytochem 1993;41(4):571-8.

4. Boot RG, Blommaart EF, Swart E, Ghauharali-van der Vlugt K, Bijl N, Moe C, et al. Identification of a novel acidic mammalian chitinase distinct from chitotriosidase. J Biol Chem 2001;276(9):6770-8.

5. Boot RG, Renkema GH, Verhoek M, Strijland A, Bliek J, de Meulemeester TM, et al. The human chitotriosidase gene. Nature of inherited enzyme deficiency. J Biol Chem 1998;273(40):25680-5.

6. Shibata Y, Honda I, Justice JP, Van Scott MR, Nakamura RM, Myrvik QN. Th1 adjuvant N-acetyl-D-glucosamine polymer up-regulates Th1 immunity but down-regulates Th2 immunity against a mycobacterial protein (MPB-59) in interleukin-10-knockout and wild-type mice. Infect Immun 2001;69(10):6123-30.

7. Strong P, Clark H, Reid K. Intranasal application of chitin microparticles down-regulates symptoms of allergic hypersensitivity to Dermatophagoides pteronyssinus and Aspergillus fumigatus in murine models of allergy. Clin Exp Allergy 2002;32(12):1794-800.

8. Bleau G, Massicotte F, Merlen Y, Boisvert C. Mammalian chitinase-like proteins. EXS 1999;87:211-21.

9. Sun YJ, Chang NC, Hung SI, Chang AC, Chou CC, Hsiao CD. The crystal structure of a novel mammalian lectin, Ym1, suggests a saccharide binding site. J Biol Chem 2001;276(20):17507-14.

10. Zhu Z, Zheng T, Homer RJ, Kim YK, Chen NY, Cohn L, et al. Acidic mammalian chitinase in asthmatic Th2 inflammation and IL-13 pathway activation. Science 2004;304(5677):1678-82.

11. Chupp GL, Lee CG, Jarjour N, Shim YM, Holm CT, He S, et al. A chitinase-like protein in the lung and circulation of patients with severe asthma. N Engl J Med 2007;357(20):2016-27.

12. Okuda M, Sakaguchi K, Ohtsuka H. Intranasal beclomethasone: mode of action in nasal allergy. Ann Allergy 1983;50(2):116-20.

13. Bousquet J, Van Cauwenberge P, Khaltaev N; Aria Workshop Group; World Health Organization. Allergic rhinitis and its impact on asthma. J Allergy Clin Immunol 2001;108(5 Suppl):S147-334.

14. Sutherland TE, Maizels RM, Allen JE. Chitinases and chitinase-like proteins: potential therapeutic targets for the treatment of T-helper type 2 allergies. Clin Exp Allergy 2009;39(7):943-55.

15. Ober C, Tan Z, Sun Y, Possick JD, Pan L, Nicolae R, et al. Effect of variation in CHI3L1 on serum YKL-40 level, risk of asthma, and lung function. N Engl J Med 2008;358(16):1682-91.

16. Wu AC, Lasky-Su J, Rogers CA, Klanderman BJ, Litonjua A. Polymorphisms of chitinases are not associated with asthma. J Allergy Clin Immunol 2010;125(3):754-7, 757.e1-757.e2.

17. Kwon JW, Kim TW, Cho SH, Min KU, Park HW. Serum YKL-40 levels are correlated with symptom severity in patients with allergic rhinitis. Allergy 2011;66(9):1252-3.

18. Jang WR, Nahm CH, Kim JH, Lim DH, Jang TY, Moon YS, et al. [Allergen specific IgE measurement with Polycheck Allergy: comparison of three multiple allergen simultaneous tests]. Korean J Lab Med 2009;29(5):465-72.