장내세균과 면역체계 제어메커니즘

인간의 장내에는 많은 장내세균이 공존하고 있습니다. 균형잡힌 장내세균이 장관의 면역체계를 적절하게 활성화하여 우리의 건강이 유지되고 있는 것으로 알고 있습니다. 하지만 균형잡힌 장내세균을 형성·유지하는 면역계가 어떻게 작용하고 있는지, 반대로, 균형잡힌 장내세균이 면역 체계에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대한 자세한 내용은 밝혀지지 않았습니다.

연구팀은 면역체계가 작동하지 않는 면역결핍 실험쥐를 이용하여 장내세균과 면역체계와의 관계에 대해 조사했다. 그 결과, 면역반응을 억제 규제 T세포가 IgA항체의 생산을 통해 장내세균총 균형을 제어하는​​ 것, 한편, 균형잡힌 장내 세균총이 장관의 규제 T세포의 유도 및 IgA 항체의 생산과 건강한 장관 면역계의 형성에 효과적임을 발견했습니다. 또한 외부에서 장내 세균의 투여에 의해 인위적으로 장내 세균총 및 면역 체계를 제어 할 수있는 가능성을 보여주었습니다.

이번 성과는 장내세균과 면역체계 사이의 양방향 제어에 의해 건강이 유지되고 있다는 새로운 개념을 보여줍니다. 이 연구 결과는 장내세균이 영향을 미친다고 생각되는 각종 질환의 예방 및 신규 치료법을 생각하는데 도움이되는 것으로 예상할수 있습니다.

인간의 장내에는 500 ~ 1000종류, 총100조개에 달하는 장내세균이 공존하고 있습니다. 이러한 장내세균이 장관 면역계를 적절하게 제어함으로써 우리의 건강을 유지할 수 있습니다. 인간의 태아는 장내 세균을 가지고 있지 않지만, 생후 곧 어머니로부터 장내세균을 계승하는 것 등으로 장관내에 장내세균을 정착시켜 시작합니다. 그후, 음식, 면역체계, 환경등 다양한 영향을 받으며 성장해가는 가운데, 서서히 균형잡힌 장내 세균총을 형성하여가는 것으로 알려져 있습니다.

과거 연구에서 균형잡힌 장내 세균총이 장관의 면역 체계를 적절하게 활성화하여 건강을 유지하는 것으로 알려져 있습니다. 실제로 장내 세균총의 구성이 변화하고 균형 흐트러진 상태가되면 전신의 면역체계를 지나치게 활성화해 자가면역질환등의 염증을 악화시키는 일을 지금까지 발견했습니다. 하지만 균형잡힌 장내세균을 형성·유지하는 면역계가 어떻게 작용하고 있는지, 반대로, 균형잡힌 장내세균이 면역체계에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대해 자세히 알고 있지 않습니다.

연구팀은 면역체계가 작동하지 않는 다양한 면역결핍 마우스(T세포결핍 마우스B, 세포결핍 마우스등)의 장내세균을 조사했다. 그 결과, 어떤 면역결핍 마우스에서도 공통적으로 정상 생쥐에 비해 장내세균의 다양성이 현저하게 감소하고 그 구성도 크게 변화하고 있는 것으로 밝혀졌다. 이 때문에 면역체계(특히 T세포, B세포를 중심으로 한 획득 면역계)가 장내세균의 균형을 유지하는 데 매우 중요하다고 생각했습니다.

구체적으로 면역 체계가 어떤 메커니즘으로 장내세균의 균형을 유지하고 있는지를 확인하기 위해 면역 반응을 억제하는 것으로 생각하는 T세포 규제 T세포에 주목했습니다. 규제 T세포는 장관에서 IgA항체의 생산을 효율적으로 유도시키는 기능도 가질수 있음이 연구팀에 의해 발견되어있었습니다.

T세포가 결손 면역부전 쥐에 규제 T세포를 이입한 결과, 장내세균의 다양성이 증가하고 균형 잡힌 장내세균을 재구축할수 있었습니다. 즉, 규제 T세포는 IgA 항체의 생산을 통해 장내세균의 균형을 조절하는 것으로 알려졌습니다. 이 때문에 면역결핍 및 자가면역 질환에서는 규제 T세포가 잘 작동하지 않기 때문에 IgA 항체의 생산에 차질을 빚고, 그 결과 장내세균의 균형이 흐트러져 병태에 영향을 미치고 있을 가능성을 생각할수 있었습니다.

또한 공동연구팀은 장내세균의 균형, 면역 체계에 미치는 영향을 조사했다. 일반 환경에서 사육하고 있는 3주령의 마우스에 균형잡힌 장내세균을 가진 마우스의 배설물을 투여하면 균형이 흐트러진 장내세균을 가진 마우스의 배설물을 투여한 경우 비해 IgA 항체가 효율적으로 생산되는 것을 알 수있었습니다. 이 때문에 이미 장관내에 장내 세균총이 존재하는 상태에서도 외부에서의 장내세균의 투여에 의해 장내 세균총의 구성 및 면역 체계에 영향을 주고, 또한 균형잡힌 장내세균이 규제 T세포와 IgA 항체의 생산과 건강한 장관 면역계의 형성에 효과적인 것으로 나타났습니다.

지금까지 면역체계는 병원균등 세균으로부터 자신을 보호하기 위해 박테리아를 제거하도록 개발한 것으로 간주 왔습니다. 그러나 기존의 개념과는 일견 반대로 면역 체계가 장내세균을 제거하지 않고 대신 장내세균의 균형을 적극적으로 유지함으로써 우리의 건강을 유지하고 있음 밝혀졌습니다. 

최근 연구에 의해 장내세균의 균형의 혼란이자가 면역질환, 알레르기질환, 암, 비만등의 다양한 질환의 발병과 병태에 영향을 미치고있는 것으로 알려져 왔습니다. 실제로 임상현장에서는 장내세균의 균형을 인위적으로 조작하여 질병의 치료가 시도되고 있습니다. 예를 들어, 지속적인 항생제 투여등으로 장내세균의 균형이 흐트러지고 장내 클로스트리듐과 어울리지 않는  세균이 이상 증식하면 난치성 장염이라는 병을 발병하는 것으로 알려져 있습니다 . 그 치료법으로 정상인에서 항공권 이식이 장내 세균총의 균형을 재건할 목적으로 행해져 우수한 치료 실적을 올리고 있다고 보고 되어 있습니다.