사이토카인

사이토카인(cytokine)은 그리스어로 세포를 의미하는 cyto-와 움직임을 의미하는 kine이 결합해 만들어진 단어이다. 사이토카인은 넓은 의미로는 세포 신호전달에 사용되는 단백질을 널리 지칭하는 단어로 사용되지만, 좁은 의미로는 면역조절과 관련된 세포 신호전달 물질을 의미하는 단어로 사용된다. 사이토카인을 생산하는 세포 혹은 사이토카인의 작용 기능에 따라 사이토카인은 케모카인(chemokine), 인터페론(interferone), 인터류킨(interleukin), 림포카인(lymphokine), 종양괴사인자(tumor necrosis factor) 등으로 분류된다. 하지만, 이러한 분류는 서로 중복이 될 뿐 아니라 명확한 분류가 아니기 때문에 현재도 혼동되게 사용되고 있다. 호르몬이나 성장인자도 세포 신호전달에 널리 사용되지만, 일반적으로 이들을 사이토카인으로 분류하지는 않는다. 많은 종류의 사이토카인이 대식세포(macrophage), B 림프구, T 림프구, 비만세포(mast cell) 등과 같은 면역 세포에 의해 생산되고 면역 시스템에서 중요한 역할을 수행한다. 하지만, 내피세포(endothelial cell)나 섬유아세포(fibroblast) 그리고 다양한 종류의 기질세포(stromal cell) 등도 사이토카인을 생산하기 때문에 사이토카인이 면역세포에 의해 생산된 것만을 의미하는 것은 아니다.

그림 1. 보조 T 세포(T helper cell)와 인터류킨(interleukin, IL) (출처: GettyImages-1155268928)

목차

바이러스의 복제를 방해(interference)한다는 의미를 가진 인터페론(interferon, IFN), 즉 인터페론-알파(interferon α)가 1957년 처음 발견되었다. 이후 인터페론-감마(interferon γ)가 림프구에서 유래된다는 것이 밝혀져서 림프구에서 유래한 신호전달 물질에 대한 명칭으로 림포카인(lymphokine)이 제안되었고, MIF(Macrophage migration inhibitory factor)처럼 대식세포 혹은 단핵구(monocyte)에서 유래한 물질에 대한 명칭으로는 모노카인(monokine)이 제안되었다. 하지만, 이후 스탠리 코헨(Stanley Cohen)이 바이러스에 감염된 요막(allantoic membrane) 세포와 신장 세포로부터 MIF가 생산되는 것을 확인하고, 이들 물질이 면역세포뿐 아니라 다른 세포들에 의해서도 분비한다는 것을 강조하기 위해 사이토카인(cytokine)이라는 명칭을 제안하였다.

인터류킨(interleukin, IL)이라는 명칭은 1979년 스위스에서 개최된 제2차 국제 림포카인 워크샵에서 제안되었다. 기존에 연구자마다 다르게 사용되던 단어들인 B 세포 활성화 인자(B cell activating factor), B 세포 분화 인자(B cell differentiation factor), 림프구 활성화 인자(lymphocyte activating factor), 유사분열 단백질(mitogenic protein) 등을 인터류킨 1(IL-1)으로 명명하는 것이 제안되었다. 인터류킨이라는 명칭이 제안될 당시에는 이것이 백혈구(leukocyte)에 의해 생산되며 작용 대상 또한 백혈구라는 것을 의미하기 위해 사용되었으나, 현재는 원래 의미와 관계없이 새로 발견되는 사이토카인의 명명에 사용된다. 대부분의 인터류킨은 보조 T 세포(T helper cell)에 의해 생산된다.

이외에 반고체 배지에서 세포 성장을 촉진한다는 의미를 가진 콜로니 촉진 인자(colony stimulating factor)가 있으며, 세포의 주화성(chemotaxis)을 매개한다는 의미를 가진 케모카인(chemokine)도 있다.

구조의 유사성에 따라 크게 4가지로 구분되는데, IL-2, IFN, IL-10 등이 속하는 4 알파-나선 다발(4 α-helix bundle) 패밀리, IL-1과 IL-18이 속한 IL-1 패밀리, IL-17 패밀리, TGF-β 등이 속한 시스테인 매듭 사이토카인(cysteine knot cytokine) 패밀리 등이다. 

그림2. 사람의 인터페론-베타의 구조 (출처: 한양대 이진원, PDB ID: 1AU1)

사이토카인의 수용체는 주로 이들의 3차 구조에 따라 크게 6가지로 분류된다. 

1형 IL 수용체, 적혈구생성촉진인자(erythropoietin) 수용체, GM-CSF 수용체, G-CSF 수용체, 성장호르몬 수용체, 프로락틴 수용체 등이 있다. 

2형 IL 수용체, IFN-α/β 수용체, IFN-γ 수용체 등이 있다. I형과 II형 사이토카인 수용체 모두 JAK 계열의 타이로신인산화효소(tyrosine kinase)와 연결되어 있으며, JAK에 의한 인산화에 의해 신호전달이 일어난다. 

면역글로불린인 항체 및 세포 부착 분자 등과 구조적인 유사성을 가지고 있으며, IL-1 수용체, C-kit 수용체, IL-18 수용체 등이 속한다. 

세포 바깥의 결합 부위에 시스테인이 풍부한 영역이 있으며, CD27, CD30, CD40, CD120 등이 속한다. 

G 단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor; GPCR)이며, 로돕신과 유사한 형태의 수용체로 7개의 막관통 나선구조를 가지고 있다. IL-8 수용체, CCR1, CXCR4, MCAF 수용체, NAP-2 수용체 등이 속한다. 

세린/트레오닌 인산화효소(serine/threonine kinase) 수용체이며, TGF- β 수용체 1과 2가 속한다.  

인터페론(Interferon), 인터루킨(Interleukin), 대식세포(macrophage), B 세포(B cell), G 단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor; GPCR)

이진원/한양대학교  

정원희/중앙대학교