시토카인

Cytokine (영문)

면역세포 간의 신호를 전달하거나 면역 반응을 조절하기 위해 세포에서 분비되는 비교적 작은 분자량의 단백질을 말하며 매우 다양한 종류의 시토카인이 보고되었다.

목차

1957년도에 엘릭 이삭(Alic Isaacs)과 동료는 항바이러스 물질인 인터페론을 처음 발견하였다. 이들은 세포가 한 바이러스에 의해 감염되고 이후 또 다른 바이러스 감염이 일어나면 세포가 이에 저항한다는 사실에 주목하였다. 바이러스를 세포에 처리한 후, 배양액만을 다른 세포에 넣어주었을 때 흥미롭게도 바이러스에 대한 저항성이 생기는 현상을 관찰하였고 이 물질을 배양액에서 분리하였다. 이 물질은 항바이러스 특징을 지닌 단백질로 인터페론이라고 명명되었고 발견된 첫번째 시토카인이 되었다. 인터페론-감마(2형 인터페론; interferon-γ)는 1965년도에 림프구에서 유도되는 인자로 발견되었다. 이 후 대식세포 이동 억제 인자(macrophage migration inhibitory factor, MIF), 림프구가 분비하는 림포카인(lymphokine), 대식세포와 단핵구가 분비하는 모노카인 등으로 다양하게 명명되었으나 현재는 시토카인으로 통일하여 칭한다.

시토카인은 면역세포에서 분비되는 비교적 작은 단백질 또는 당단백질(glycoprotein)로서 세포내 신호전달과 면역반응의 조절에 필수적인 작용을 담당한다. 시토카인은 실제로 수많은 종류가 밝혀져 있고 이들은 면역 세포의 방어기작과 면역세포의 발달, 증식, 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 시토카인은 크게 인터류킨(interleukin, IL), 케모카인(chemokines), 인터페론(interferon, IFN), 종양괴사인자(tumor necrosis factor, TNF) 등으로 분류된다. 하나의 시토카인은 한 가지 기능에 제한되지 않고, 오히려 시토카인 수용체를 갖는 다양한 세포들에게 신호를 전달하여 여러가지 역할을 수행할 수 있다. 또한 여러 시토카인이 협력 혹은 길항적으로 작용하여 전체적인 면역반응을 조절할 수 있다.

시토카인의 작용은 세포 신호전달에 중요한 역할을 하는 호르몬과 유사하지만 확연히 다르다. 첫째, 시토카인은 주로 면역세포에서 분비되며 스스로(autocrine) 혹은 주변세포에(paracrine) 영향을 미쳐서 국소적 면역반응의 활성 혹은 억제를 강력히 유도한다. 다만 TNF를 비롯한 주요 시토카인들이 전신적으로(endocrine) 영향을 미칠 수 있다. 둘째, 호르몬은 주로 어떤 특정 기관에 영향을 주지만, 시토카인은 면역세포들을 비롯한 매우 다양한 세포들에 영향을 미친다. 셋째, 호르몬은 특정세포에서 일정 양이 만들어져 순환하지만, 시토카인은 여러 면역세포에서 세포의 분화 단계에 따라 매우 다양한 종류가 분비될 수 있다. 일반적으로 대식세포에서는 인터류킨(IL)-1, IL-6, IL-12, 종양괴사인자(TNF)-α 등이, T 세포에서는 인터페론-감마, IL-4, IL-6 등 다양한 시토카인을 분비한다. 시토카인은 대식세포, B 림프구, T 림프구와 혈관내피(endothelial) 세포와 기질(stromal) 세포 등에서 분비되어 국소적 혹은 전신적 면역반응을 총체적으로 조절한다. 시토카인은 상호작용을 통해 면역체계에서 다른 시토카인의 분비를 촉진하고 과도하게 활성되는 것을 억제함으로써 생체 방어와 염증 반응의 조절, 여러 종류의 면역세포의 활성과 분화를 유지하고 조절하는데 매우 중요한 역할을 한다.

몸 속의 세포가 미생물에 의해 감염되면 항원제시세포(대식세포, 수지상세포, B세포 등)가 제 2 형 주조직적합성 항원에 미생물 항원 조각을 제시하여 세포면역반응을 유도한다. 이때 항원제시세포들은 다양한 시토카인(대식세포의 IL-12 등)을 분비하여 주조직적합성 항원에 제시된 항원 조각을 인지하는 도움T세포(helper T cells)의 활성을 돕는다. 항원 조각을 인지한 도움T세포는 다시 세포 내 신호전달이 이루어져 IL-2를 분비함으로써 T 세포 자신의 활성을 유발하고 IFN-γ 등을 분비하여 항원제시세포의 활성을 촉진한다 (그림 1). 이와 같이 분비된 시토카인은 스스로 혹은 주변 세포의 수용체를 통해 신호를 전달할 수 있고 면역세포 상호간의 증식, 분화, 활성 등을 유도한다 (그림 1).

그림 1. 헬퍼 T 세포에 의한 시토카인 분비. (출처: 한국분자·세포생물학회)

1) 인터류킨은 림프구와 다른 백혈구 사이에서 상호작용하는 시토카인이다. 이들은 발견 순서에 따라 명명된다. 예를 들면 IL-1α, IL-2, IL-10, IL-11, IL-15 등이 있다 이들은 이름은 유사하지만 모양과 기능은 서로 매우 다르다.

2) 인터페론은 바이러스나 외부물질 자극에 따라 형성되는 당단백질이다. 이들은 바이러스의 RNA와 단백질 합성을 저해함으로써 바이러스 복제를 억제할 수 있다.

3) 종양괴사 인자(TNF)는 많은 세포에서 성장을 촉진한다.

4) 케모카인은 주화성(chemotaxis)에 관련된다고 하여 명명된 시토카인의 한 무리로 감염에 대한 면역반응에서 중요한 역할을 하는 작은 단백질이다. 이들은 4개의 기능적 시스테인 잔기를 지니고 있다.

세포막에 관통하는 시토카인 수용체는 세포내 안쪽의 조각과 세포외 조각의 기능이 서로 다르다. 세포외 조각은 시토카인에 결합하는 부분이고 세포내 조각은 신호전달 역할을 한다 (그림 2). 시토카인 수용체는 그 구조와 기능에 따라 인터류킨과 과립구 대식세포 콜로니 자극인자(GM-CSF) 등에 대한 수용체, 조혈성장인자 수용체(hematopoietic growth factor receptor, HGFR), 종양괴사인자 수용체(TNFR), 그리고 면역글로블린(immunoglobulin)에 대한 수용체 등으로 나뉠 수 있다 (그림 2).

그림 2. 시토카인 수용체 구조와 종류. (출처: 한국분자·세포생물학회)

시토카인은 배아 발생, 감염에 대한 면역반응, 염증 조절, 조직 손상 등을 조절하고 복구하는데 매우 중요한 기능을 담당한다. 따라서 시토카인의 생합성과 분비가 잘못 조절되면 다양한 질환의 원인이 된다. 특히 패혈증(sepsis)과 같은 전신성 염증질환에서는 시토카인 스톰(cytokine storm)과 같은 비정상적인 시토카인 조절이 직접적인 병인으로 알려졌다. 반면 시토카인 분비가 적절하게 이루어지지 않으면 세포면역반응이나 체액면역반응 등 기본적인 면역 활성이 이루어지지 않는다. 또한 시토카인의 분비를 위해서는 서로 다른 세포에 존재하는 표면단백질인 접착분자(adhesion molecules)간에 일어나는 상호작용이 중요하며, 한편 분비되는 다른 시토카인들에 의해 정상적으로 되먹임 억제조절(feedback inhibition)을 받기도 한다.

그 밖에도 시토카인의 병리적 역할은 정신분열증(schizophrenia), 우울증(depression), 알츠하이머병(Alzheimer's disease), 암 등과도 밀접한 연관성이 있다.

림포카인(lymphokine), 당단백질(glycoprotein), 인터페론(interferon)

Biochemistry (Lubert Stryer저, 6판), Immunology (Tizard저, 4판)