파상풍 독소

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파상풍(tetanus)은 근육이 지속적으로 수축하는 고통스러운 병(tetany 또는 spastic paralysis)으로서 Clostridium tetani라고 하는 세균이 만드는 tetanospasmin이라고 하는 독소에 의해서 일어난다. 신경전달을 마비시키는 독소로서 근육에 과도한 신경 신호(nerve signal)을 전달함으로써 근육이 수축하게 만든다. 턱의 근육(jaw muscle)이 가장 먼저 영향을 받아서 파상풍을 개구장애(lockjaw)라고도 부른다. 결국은 몸의 모든 근육이 영향을 받아서 등이 활처럼 휘고 팔다리는 바깥으로 뻗는 형상이 되어 고통스럽게 죽게 된다. 파상풍(tetanus)은 보툴리눔 식중독(botulism)처럼 음식을 통해 전염되는 병은 아니다. 예를 들어, 녹슨 못등에 찔린 경우, 피부괴사(necrotic tissue)를 통해 C. tetani의 포자(spore)가 몸속으로 들어가면, 괴사조직이 혐기조건(anaerobic environment)을 제공하여 포자가 자라게 된다. 이렇게 자란 세균(vegetative cells)들이 tetanospasmin을 만들면 이 독소가 상처부위의 말초신경세포(peripheral nerve cell)로 들어간다. 타겟을 끊어버리는 대신 말초신경세포을 거슬러 신경축색돌기(axon)를 거쳐 결국 척추(spinal column)에 이른다. 여기서tetanospasmin이 운동 금지 뉴런(inhibitory motor neuron)에서 나오는 억제성 신경전달물질(inhibitory neurotransmitter)의 분비를 막아버림으로써 반대로 자극신호(excitatory signal)이 뉴런을 지속적으로 자극하게 만들어 파상풍의 근육이 수축하는 특징적인 증상을 만든다.

파상풍 독소는 파상풍균(C. tetani)이 생산하는 신경독소이다. 분자량은 약 150 킬로달톤(kDa)이며 독소중 가장 치명적이라고 알려진 보툴리눔 독소 다음으로 치명적이다.

파상풍 독소는 플라스미드상에 tetX라 불리는 유전자에 암호화되어 있고 그 구조는 약 100kDa의 큰 체인(B사슬)과 약 50kDa의 작은 체인(A사슬)으로 이루어져있다. B사슬은 신경세포막에 존재하는 다이시알로강글리오시드(disialoganglioside)에 결합하며 이동도메인을 가지고 있어 단백질이 세포막을 통과하여 신경세포 내부로 들어갈 수 있도록 돕는다. A사슬은 아연 엔도펩티다아제(zinc endopeptidase)로서 막관련 단백질(Vesicle-assocated membrane protein, VAMP)를 분해시킨다.

파상풍 독소의 기작은 전달과 활성화, 두가지 과정으로 구분된다.

첫 번째 전달과정은 일련의 과정을 통해 일어난다.

1. 독소가 말단신경(periphery neuron)에 결합한다.

2. 역행적 축삭수송(Retrograde axonal transport)을 통해 중추신경계(CNS)로 이동한다.

3. 통과세포외방출(transcytosis)을 통해 금기개재뉴런(inhibitory interneurons)으로 이동한다.

두 번째 활성화과정은 다음과 같다.

1. A사슬이 세포질로 이동한다.

2. A사슬과 B사슬의 이황결합이 환원된다.

3. 시냅토브레빈(synaptobrevin)이 분해된다.

치료를 위해선 면역혈청에 의한 치료가 사용되고 예방접종에는 독소를 포르말린으로 처리한 톡소이드를 사용한다. 면역을 유지하기 위해 10년에 한번씩 면역촉진(boosting)을 하는 것을 권장한다.

그림 1. 파상풍균의 전자현미경 사진, 출처:gettyimages

그림 2. 파상풍 독소의 B사슬 C조각 구조모델, 출처:gettyimages

이은진/경희대학교

최경희/원광대학교