당질영양소들의 기능들

 

제4절 당질영양소의 기능들

  

  제1절에서 제3절까지 당질영양소들이 모든 생명체에서 생명유지에 절대적으로 필요한 정보들의 암호와 각종 기능들을 수행하기 위한 구조물들에 대해서 살펴보았습니다. 도구들과 장비들로서 구조물들을 당질영양소들의 관점에서 설명하자니, 그 기능에 대한 언급도 겸할 수밖에 없었습니다. 그래서 다소 중복되는 점이 없지 않으나, 이 절에서는 당질영양소들의 기능들에 초점을 맞추어 살펴보겠습니다.

  당질영양소들로서 단당류들이 어떠한 형태로든 간에 세포의 생존과 기능에 절대적으로 필수적임을 거듭 강조하지 않을 수 없습니다.

  당질영양소의 기능을 세분하면 다음과 같습니다.

   1. 세포 간 의사소통과 당질암호

   2. 항체유사작용

   3. 항 감염기능 및 항 염증반응, 그리고 상처치유 촉진기능

   4. 세포면역 및 면역계조정기능

   5. 암세포의 성장억제 및 전이의 억제

   6. 대사관계 - 당뇨

   7. 호르몬 조절기능 - 인간융모 성선자극 호르몬 등

   8. 산화스트레스에 대한 보호작용(항산화제로서)

   9. 중추신경계관계

  10. 기타.

  (1)세포 간 의사교통과 당질암호(Sugar code)

  우리의 몸에 상처가 생겼을 때, 우리는 적절한 치료법들이 상처를 다 치유해준다고 생각하고 있습니다. 그러나 실제로는 상처부위의 피부와 조직들이 손상된 부위를 스스로 새것으로 메우고 봉합하여 상처가 치유되는 것이고, 치료적 처치들은 어디까지나 치유작업이 더 속히 더 순탄하게 진행되도록 도와주는 것에 불과합니다. 그러면 상처부위 자체에서 이러한 치유과정이 어떻게 해서 일어나는 것일까? 우리 몸의 어느 부분도 다 자연치유력을 지니고 있기 때문이라고 마구 단정해서 믿어버리면 더 할 말이 없겠습니다. 그렇다고 하더라도, 무엇인가 묘한 일련의 복잡한 과정을 거쳐서 치유라는 결과에 도달하는 것이 틀림없습니다.

  또 소화관은 먹은 음식물 가운데, 어떤 것은 흡수하여 혈액 속으로 보내고, 어떤 것은 배변으로 그냥 내보낼까를 어떻게 알고 또 어떻게 구별할까?

  이러한 의문들을 해명하고자 의학에서는 부단히 노력해 왔습니다.

  우선 여기에서 분명한 것은 이러한 일들이 자기 자신의 소위 자유의사와는 무관한(불 수의적 不 隨意的) 기능이란 것입니다. 이러하므로, 세포들 차원에서 많은 복잡한 기능들이 이루어질 수 있기 위해서는 세포들 사이에 정보들을 교통할 수 있게끔 암호화가 되어 있어야 합니다. 이렇게 나온 이론적 개념이 생명의 암호(biocode 혹은 code of life)라는 것입니다. 즉 살아있는 개체에서 자신의 자유의사와 관계없이 수많은 복잡한 기능들이 생기려면, 세포와 세포 간에 의사교통을 위한 암호가 있어야 한다는 것입니다.

  이 불가사의한 암호를 해독하고자 오랫동안 노력하던 중 생명의 화학인 생화학(biochemistry) 의 발달로 이 의문이 풀리기 시작했습니다. 생화학은 살아있는 세포들과 유기체들 속에 있는 각종 분자들과 그 화학반응들에 관한 과학이고, 살아있는 세포들의 화학적 과정들을 분자의 차원에서 설명하는 것이 생화학의 목적입니다. 생화학자들은 4대 계열(단백질, 핵산, 지질(지방), 그리고 탄수화물)의 살아있는 분자들(biomolecules) 가운데 단백질이 의사교통에 관련하는 근원적 분자들로 간주하고서 아미노산들과 단백질들에 관심을 집중하였습니다. 그러나 금세기 초 와이쓰만 연구소(Weismann Institute)에서 이론 수학자 Nathan Sharon 은 아미노산들과 단백질들 분자들로서 만들 수 있는 분자입체배치들(molecular configurations)의 수와 신체를 관장하는데 필요한 화학적 명령신호들의 수를 계산해 본 결과, 아미노산들과 단백질들의 입체배치들 숫자로는 신체의 모든 통신들을 전하기에 충분하지 못하다고 결론지었습니다. 즉 다른 암호체계가 있어야만 한다는 것입니다.

  제3장 제1절에서 언급한 바와 같이, 우여곡절 끝에 세포막 표면의 당질배합체 분자에서 8종의 단당들로 만들어진 연쇄들 혹은 결합물들이 생명의 암호로서 당질암호(sugar code)이고, 이 당질배합체 분자가 세포의 의사교통과 인지기능을 하는 분자임이 밝혀졌습니다.

  세포 간 의사교통의 진행과정과 상호작용에 대해 실감이 가지 않을 수 있으므로, 대식세포들(macrophages)의 활동을 예로 들겠습니다.

  당질영양소들의 부족이나 결핍으로 세포막 표면에 당질배합체 구조물이 없으면, 대식세포들은 자기의 고유한 기능들을 수행할 수 없습니다. 즉 자기편의 세포도 식별하지 못하고 손상된 세포들을 수리해주지도 못할뿐더러 탐식 혹은 제거하지도 못합니다. 자세하게 설명하면, 대식세포가 다른 건전한 세포에 살금살금 다가가서 상대방 세포의 세포막 외벽 당질배합체의 접착부에 부착 고정하여 “우리 편인가?”를 질문합니다. 그렇다고 한다면, “필요한 것이 없는가?”를 질문합니다. “있다”고 대답하면, 대식세포는 보충수리 작업을 준비합니다. 자신 속에서 여분의 것을 방출하여 손상된 부분을 보충수리해 줍니다. 만일 “없다” 고 대답하면, 대식세포는 그 세포에서 떠나 이동합니다. 이러한 의사교통이 암호형식으로 일어나지만, 인지하고 또 상대방 세포들에게 정보를 전달합니다. 그런데 대식세포나 체세포에서 필수당질영양소들이 결핍되면, 대식세포는 자기가 인지 못한 세포가 바로 암세포일지라도 그냥 방심하게 되고, 또 자기편을 적군으로 오인하여 공격하게 되어 자기면역질환(autoimmune diseases)으로까지 발전합니다. 

  (2) 면역관계

  당질영양소들의 기능 가운데 항체유사작용, 항 감염기능, 항 염증반응, 세포면역 및 면역계조정기능, 암세포의 성장억제 및 전이의 억제 등으로 세분하였으나, 이는 어디까지나 이해를 위한 설명의 편의성 때문에 구분한 것일 뿐이고 이들 기능들은 일련의 상호 밀접하고도 관련이 깊은 분야의 기능들로서, 우리의 몸과 다른 물질 즉 이물질(異物質, foreign bodies)로부터 우리의 몸을 보호하려는 기능들입니다. 우리의 몸이 신체의 내부에서 오든 외부에서 오든 이물질들로부터 보호할 수 있어야 건강하게 생존할 수 있습니다.

  이해를 쉽게 하기 위하여, 우선 우리 신체의 저항력 혹은 면역력에 대해 전반적으로 살펴보겠습니다.

  전염원(傳染源)으로부터 우리의 몸을 보호하는 것을 면역(immunity)이라고 말합니다. 그러나 넓은 뜻으로는 이물질들에 반응하는 능력을 말합니다. 그리고 면역에 관여하는 분자들, 세포들, 그리고 조직들을 총체적으로 면역계(immune system)라 칭합니다. 신체내부에 들어온 이물질에 대해서 나타내는 총체적이고 조정된 반응을 면역반응(immune response)이라고 말합니다.

  면역계의 생리학적기능은 우리 몸이 전염성 미생물에 대해 방어하는 것입니다. 그런데 비전염성인 이물질들도 면역반응을 일으킬 수 있습니다. 더욱이 감염으로부터 개체들을 보호하려 하고 이물질들을 제거하려 하는 정상적인 기전들도 조직의 상처나 질병을 일으킬 수 있습니다. 그러므로 면역에 대한 보다 포괄적인 정의는 미생물들을 포함한 이물질들뿐 아니라 단백질이나 다당류(polysaccharides) 같은 큰 분자들(macromolecules)에 대한 반응들을 다 포함합니다. 물론 이때 반응들의 결과가 생리적이든 병리적이든 관계없습니다.

  면역에는 출생 시부터 지니고 있는 선천성 면역(innate immunity, 참조 표5)과, 이것을 바탕으로 하여, 감염인자에 노출되어 일어나고, 또 특정 인자에 반복 노출되므로 반응력의 강도나 방어력이 증가하는 적응성 면역(adaptive immunity)이 있습니다(참조 표6). 이 적응성 면역이 선천성 면역과 다른 점들은 1. 감염에 대한 반응으로 생긴 것이고, 2. 감염에 적응하는 것이기 때문에 특정분자들에 대해서만 반응하는 정교한 특수성이 있고, 3. 그것을 “기억”해두는 능력이 있고, 4. 동일한 미생물에 반복 노출되면, 더욱 강력하게 반응합니다. 따라서 적응성 면역을 특수면역(specificimmunity)으로 별칭하고, 보호반응이 경험의 “획득”인 점을 강조하여 후천성 면역(acquired immunity)으로 부르기도 합니다. 적응성 면역을 구성하는 것은 임파구(lymphocytes)와 임파구의 각종 산물들입니다. 특수면역반응을 유발하거나 이러한 면역반응들의 표적들이 되는 이물질들을 항원(抗原, antigens)이라 부릅니다(참조 표6). 

  선천성 면역반응들과 후천성 면역반응들은 우리 몸의 각종 세포들과 분자들이 협동하는 하나의 통합적 방어체계의 구성요소들입니다. 사실 선천성 면역은 감염에 대한 효과적인 방어입니다. 그러나 선천성 면역에 저항하는 많은 병원체들이 진화해 있어서 이를 제거하자면, 적응성 면역에서는 더 강력한 무기들을 필요로 합니다.

  여기에 선천성 면역과 적응성 면역 간에 연관성이 있습니다.

첫째는 세균에 대한 선천성 면역반응들이 적응성(후천성 또는 특수) 면역반응들을 유발하고 적응성 면역반응들의 성질에 영향을 주는 것이고, 둘째는 적응성 면역반응들은 세균을 제거하기 위한 선천성 면역의 많은 작동기제들(effector mechanisms )을 그대로 이용하고, 또 항 세균성 작동방어기제를 더 고양해서 가능하게 하는 점입니다.

  적응성(후천성) 면역반응은 면역계의 서로 다른 구성요소들로 중재되고 또 미생물들 중 다른 종류들을 제거할 수 있게 되어 있으므로, 두 가지 면역형 즉 체액성(humoral)면역과 세포중재(cell-mediated)면역이 있습니다(참조 그림21).

  체액성 면역은 B임파구(흔히 B세포)가 생산한 항체들이라는 분자들이 혈액과 점막분비물에서 작용하는 것입니다. 항체들은 미생물 항원을 인지하고, 미생물들의 감염성을 중화하고, 각종의 작동기제들로 미생물들을 제거하는 것이 목표입니다. 체액성 면역은 세포밖에 있는 미생물들이나 그 독소들에 대한 주 방어기제입니다. 왜냐하면, 분비된 항체들이 미생물들이나 독소들과 결합하여 이들을 제거하도록 도와주기 때문입니다. 항체 자체도 특수화되어 있어서, 다른 형태의 항체들은 다른 작동기제들을 활성화하여야 합니다. 즉 어떤 형의 항체들은 포식 작용을 조장하나, 다른 항체들은 비만세포(mast cell) 같은 백혈구들(leucocytes)로부터 염증성 중재 물들을 유리하도록 촉진합니다.

  세포중재 면역은 세포성 면역(cellular immunity)이라고도 하는데, T임파구(흔히T세포)가 중재합니다. 세포중재 면역은 미생물들이(바이러스들과 일부 세균들)이 식세포들이나 다른 숙주세포들 속에 살아서 번식하고 있지만 순환중인 항체들로서는 접근 불가능하여 속수무책인 경우의 방어인 것입니다. 이 면역은 식세포가 자체 식세포 내에서 살아있는 미생물들을 파괴하도록 조장하고, 또 세포 내 보균들을 제거하기 위하여 감염세포(감염된 식세포나 숙주세포)들을 죽이는 방어인 것입니다(참조 그림21, 22).

  중복되는 점이 있으나, 적응성(후천성) 면역계의 면역세포들의 구성요소 별로 살펴보면, 주된 역할을 담당하는 세포들은 임파구들, 항원제시세포들(antigen-presenting cells), 그리고 작동세포(effector cells)입니다.

  임파구들은 이물질 항원들을 특수하게 인지하고 반응하는 세포들입니다. 따라서 임파구들은 체액성 면역과 세포중재 면역의 중재자인 것입니다. 임파구들에서도 항원을 인지하는 기능과 면역기능들에서 분명한 차이가 있어서 B임파구들, T 임파구들 그리고 자연살상세포들(natural killer cells)로 구별합니다(참조 그림22).

 B 임파구들은 앞에서 체액성 면역에서 언급한 바와 같이, 항체들을 생산할 수 있는 유일한 면역세포들이고, 세포막 외벽을 포함해서 세포 외 공간에 있는 항원들을 인지하고 항체분비세포들(antibody secreting cells)로 바뀌어 항체를 생산합니다.

 T 임파구들은 세포중재면역의 주역담당 세포들로서, 세포 내에 있는 미생물 항원들을 인지하고, 이들 미생물들을 숙주세포가 파괴하게 하거나 세포 내 감염 미생물을 죽이기 위해 감염된 숙주세포들을 파괴합니다. 전체를 위해서는 소를 희생시켜서라도 또 빈대잡기 위해서는 초가삼간 불태워서라도 말입니다. 반면에 T 임파구들은 항체분자들을 생산하지 않고, 자신의 세포막 분자들로 된 수용체들(T cell receptors)이 있어서 항원제시 세포들과 결합하여 제공된 항원들을 인지하되 하원들에 대한(감별) 특수성에 제한이 있고, 감염세포들에 부착된 펩타이드 항원들만 인지하므로 비수용성인 세포표면 관련항원들을 인지하고 반응합니다.

  T임파구들을 기능상으로 도움T세포들 (helper T cells)과 세포파괴 혹은 세포독성 T임파구들(cytolytic or cytotoxic T cells)로 나눕니다. 도움T세포들은 항원의 자극에 따라 사이토카인들(cytokines)이라는 단백질을 분비하여 T세포들을 증식하고 분비하게 자극하고, B임파구들, 대식세포들(macrophages), 다른 백혈구들도 증식하고 분화하게 자극합니다. 반면에 세포파괴T임파구들은 이물항원들을 생산하는 생명체들이나 숙주세포들 즉 바이러스들이나 세균들을 지닌 보균숙주세포들을 죽입니다.

  자연살상세포들은 선천성면역으로 바이러스들과 다른 세포내 미생물들을 살상하는 것이 주된 기능이고, 수용체들이 B세포나 T세포에서와 다르고, 암세포들을 살상합니다.

  특수임파구들에게 항원들이 포획되고 들어나게 되면, 적응성 면역반응들이 시작 전개됩니다. 이러한 역할을 담당하는 세포들이 항원제시 세포들입니다. 이들 세포들 중에서 최고도로 전문화된 세포들이 수지상세포들(dendritic cells)로서, 세균을 포획해서 임파기관에 이송하여 순진한 T임파구들에게 항원을 제시하여 면역반응들이 시작되게 합니다. 항원들로 임파구들이 활성화되면, 항원들을 제거할 수 있는 많은 기재들을 생성합니다. 항원제거에 자주 작동세포들(effector cells)이라 칭하는 세포들의 참여가 있어야합니다. 즉 활성화T임파구들, 단핵식세포들(mononuclear phago-cytes 혹은 monocytes), 다른 임파구들입니다(참조 그림23).

  우리 몸의 면역을 방어체계 형태들에 따라 살펴보겠습니다. 우리의 신체에 해를 끼치거나 이물질로 작용하는 독성 물질이나 세균, 바이러스, 원충 등의 항원들(antigens)로부터 우리의 몸을 보호하는 일차적 방어 울타리가 바로 피부와 점막입니다. 피부층에 비하여 점막층은 약하기 때문에 점막으로 된 조직에는 면역그로불린A(IgA)라는 항체가 벽을 쌓고 있습니다(참 조표5,그림23).

  이 일차방어선만으로 우리의 몸은 유해한 물질과 생명체로부터 비교적 상당히 안전할 수 있습니다만, 충분할 수는 없습니다.

  항원들이 일단 이들 방어선들을 뚫고 체내에 침입하게 되면, 혈관 속을 순시하고 있는 과립구들(granulocytes-백혈구들  leucocytes)과 대식세포들(macrophages)이 이를 처치합니다. 과립구들이 선발대로서 투입되어 항원을 잡아먹는 전투를 벌이고, 뒤이어 보다 강력한 힘을 지닌 대식세포들이 동원되어 항원들을 포위 섬멸 청소합니다(참조 그림24).

  불행하게도, 항원들이 2차 보호벽까지도 통과하게 되면, 전신적인 비상사태로서 임파구들이 작동하여 이를 섬멸하게 됩니다. 즉 전술한 적응성(후천성) 면역반응이 일어납니다. 임파구 중에서 B임파구들은 체액성 항원들(세균, 곰팡이)을, T임파구들은 세포성 항원들(바이러스, 원충, 암세포)을 사멸시킵니다. T임파구는 자연살상세포로 변형되어 직접 출동하여 항원들을 공격하고 나아가 B임파구들이 항체 생산하는 것을 조절합니다(참조 그림22). 반면에 B임파구는 항체들을 만들고 보체(complements)의 도움으로 체액성 항원들을 섬멸시킵니다. 특히 B임파구에서 형질세포들(plasma cells)로 변형되어 항체를 대량 생산합니다. 그리고 일부 B임파구들은 기억장치로 남아 후일 같은 항원이 침입했을 때, 신속하게 항체를 만들어 대응하게 합니다(홍역, 천연두, 장티푸스, 콜레라가 두 번 감염되지 않는 이유가 여기에 있습니다.) (참조 그림22).

  그러나 면역력을 약화시키는 조건들이 있는 바, 영양실조, 고지방음식물, 각종 오염, 심적 스트레스, 항생제 내성, 자연살상세포 수(數 )의 저하, 유리활성산소기, 음주, 흡연, 식이요법, 섭식장애, 약물부작용, 노화, 수면부족, 소화 장애, 대륙 간 여행 등입니다.

가. 항체유사작용(Antibody-like action)

  감염이나 면역반응이 일어나려면, 세포막 표면의 당질배합체와 항원으로서 미생물의 수용체나 이물질과 상호작용이 있어야 합니다.  이러한 결합 혹은 반응이 없다면, 발병도 없고 방어 또한 있을 수 없습니다.

  당질영양소들이 세포의 공간에서 자유롭게 세균, 바이러스, 류마티스 유사인자 등의 특정 부위와 결합하여 항체유사기능, 항 감염기능에 관여합니다. 제일 단순해 보이는 예가 만노스의 경우입니다. 만노스 분자들이 세포 외 공간에서 세균ㅇ의 빈(비결합) 수용체들과 결합하여 만노스 자체의 정보를 세균에게 주지만 세균에게는 세포에 관한 정보가 아니므로 허위정보를 수용한 것 일뿐이고, 또 만노스 분자들이 세균의 접착부들(adhensions)과 결합하여서 세균이 세포와 결합하지 못하게 되므로 세포가 세균의 접촉을 면할 수 있어서, 만노스 분자들은 결국 세균의 감염에서 세포를 보호하게 됩니다(참조 그림13,16).

  만노스 분자가 항체는 아니지만 세균의 빈 수용체나 접착부에 결합하는 작용이 실제적으로 항체와 유사한 작용이고 또한 항 감염기능도 하게 되는 것입니다.

 면역조정기능은 다음 면역조정기능의 란에서 언급하겠습니다.

나. 항 감염작용(Antiinfective action) 과 항 염증작용(Anti-inflammation)

  우리의 몸이 병원체인 세균, 곰팡이, 바이러스, 원충의 감염에 대항하려면, 병원체들이 제1차 방어선인 피부와 점막 또는 제2차 방어선인 조직 속으로 관통하는 것을 저지하여야하고, 관통한다면 다른 부위에서 증식하는 것을 억제하거나 우리 몸의 방어계통 세포들의 기능을 자극하여 방어력을 강화하는 것입니다.

  당질영양소들이 병원체들의 감염에 대항하는 수단들에는 구조적이나 비 특수적인 방어수단을 활용하는 것과 방어계통 세포들의 기능을 자극 활성화하는 것이 있습니다.

  구조적 비 특수적 방어수단 들에는 점막세포의 막성 점소들(membranous mucins)과 세포막 표면에 있는 렉틴들(lectins)이 있습니다. 막성 점소는 제3장에서 언급한 바와 같이 일차 방어선으로 호흡기, 비뇨기 계통의 점막세포에서 신체 외부로 뻗은 막대형 구조물로서 당질영양소들의 다당류(glycans) 로 구성되어 있습니다. 이 점소에다 점액세포에서 분비하는 점액(mucus)과 항체층이 합동하여 병원체에 대한 물리적인 보호막을 형성하여 세포조직을 보호합니다(참조 그림19). 이런 보호막에는 세균이 세포와 직접적인 접촉의 기회가주어지지 않음으로 감염이 있을 수 없습니다. 특히 유소아, 병약자, 노인에서 당질영양소들의 부족의 경우에 이러한 항 감염구조물이 취약하기 때문에 자주 이환되게 됩니다.

  병원체가 일차 방어선을 뚫고 피하(점막하)조직 또는 실질조직 내에 들어온 경우에는, 세포막 외벽의 당질배합체 구조물인 렉틴이 병원체를 접착하여 잡고서 방어계통세포들에게 병원체를 잡고 있음을 당질암호로 알립니다. 정보를 접한 방어계통은 우선 혈관 내에 있는 식세포성 백혈구들(phagocytic leucocytes)을, 뒤이어 대식세포들을 동원시킵니다. 혈관 내에서 혈류와 같이 순환중인 백혈구들이 병원체를 잡고 있는 세포에 도달하려면, 이 세포의 부근 모세혈관을 관통하여야 하므로, 백혈구는 자기의 세포막 구조물인 L세렉틴으로 혈관내피세포의 E세렉틴과 결합 고정한 다음에 내피세포와 내피세포 사이를 관통하게 됩니다. 혈관 밖으로 나온 백혈구는 신호에 따라 병원체가 잡혀있는 곳으로 접근합니다. 병원체를 잡고 있는 세포의 세포막 렉틴들과 접착 고정해서 병원체를 잡아먹습니다(참조 그림16, 24).

  병원체들이나 이물질들이 체내에 침입한 경우에 대식세포가 현장 지휘관 역할을 담당합니다. 당질영양소들은 대식세포들을 활성화 합니다. 따라서 대식세포들의 만노스 수용체가 작동하여 식 작용이 활성화되고, 또 신호들에 따라 대식세포들은 면역계통의 특수 세포들을 동원하게 합니다.

  병원체가 체내 침입된 경우와 다른 감염을 방해하는 측면을 당질영양소들과의 관계에서 살펴보겠습니다.

  세포막 외벽 구조물에서 언급한 바와 같이, 우리의 세포들과 미생물들은 다 자기의 세포막 표면에 탄수화물(단당) 분자를 갖고 있습니다. 세포-세포 간 교통신호들로 작용하는 이들 세포막 표면 탄수화물(단당) 분자들이 상호 작용함으로써 미생물들은 우리의 체내에 들어오게 되고 증식하여 질병을 일으킵니다.  미생물들이 우리의 체내에 침입하는 첫 과정은 미생물들의 쪽에서 당단백질로 된 수용체들로서 접착부가 숙주세포의 세포막 표면의 구조물 당단백질의 탄수화물 분자들과 결합하는 것입니다. 반대로, 우리 몸의 세포들도 또한 미생물의 표면 구조물의 만노스나  다른 당들과 결합할 수 있는 각종의 수용체들이 있습니다.  하여간 이 과정에서 만노스를 위시한 각종의 당들이 참여하여 병원체의 번식 속도를 늦추고 면역계 특히 대식세포의 활동을 활성화 합니다. 만노스를 포함하는 여러 단당들 즉 당질영양소들의 보충은 감염과정을 방해하여 건강을 도모 유지하는데 도와주는 탄수화물(당)들을 공급하는 것입니다.

  사람의 각종 세포막 수용체들이 당단백질로 되어 있어서 세균의 표면 수용체 특수 당 분자들이 여기에 반응한다는 사실은 질병예방의 가능한 목표를 암시하고 있습니다. 즉 세균이 인체에 질병을 일으키는 과정에 필요한 최초 상호작용들 가운데, 어떠한 것을 방해하면 되는가를 알아내는 것입니다. 인체의 편에서 세포막 구조물들의 특수 성분과 당들 가운데 방해할 수 있는 것이 어떤 것인가를 발견하는 것입니다.

  당단백질들은 조직치유에서 중요한 역할을 합니다. 특히 상처나 화상치유를 촉진합니다. 단백질다당류들(proteoglycans)은 상처치유나 조직수리를 하는 동안에 아교질섬유(collagen fibrils) 를 배치하는 조직구성자이고 용해성 성장요인들의 활동을 조정합니다. 더욱이 황산 헤파란(hepran sulfate)은 단백질다당류의 일종으로 단백질을 결합시키는 성질들을 결정하고 세포성장과 유착을 조절하는데 관여합니다. 구체적인 예로, 각막상피세포의 상처회복에서 각막외피세포 편들의 이동을 중재하는데 세포막 표면 질소결합 당단백질들이 필요합니다(참조 그림20).

  염증(inflammation)은 조직의 상해, 감염, 자가면역질환에서와 같은 일련의 복잡한 반응으로서, 결국 조직들의 손상을 제한하고 손상된 조직을 제거하고 조직을 복원하기 위한 방어수단들입니다. 보다 구체적으로 정의하자면, 염증은 감염, 독소, 혹은 세포손상의 부위에서 일어나는 선천성 면역계의 복잡한 반응으로 백혈구들과 혈장단백질들이 혈관성 조직들 내에 축척하고 활성화하는 것입니다.

  원인이야 어떠하던 간에 문제가 생긴 조직들에서부터 세포-세포 간 의사교통 신호에 따라 정보가 면역계 세포들에게 전달됩니다. 따라서 면역계 세포들이 손상조직이나 감염원을 제거하고 손상조직을 복원하기 위하여 우선 동원됩니다. 이 과정에 앞서 항 감염 작용에서 언급한 바와 같이, 면역계 세포들과 혈관내피세포 사이에 먼저 접착이 일어나야 합니다. 혈관내피세포의 표면구조물 E세렉틴과 면역계 세포 표면의 S세렉틴 사이의 접착이 그것입니다. 이러한 접착으로 혈류 내에서 면역계 세포들이 고정되고 변형된 다음에 혈장 당단백질이 이 접착을 해제하는 작용을 하여 접착이 풀림으로써, 면역계 세포들이 혈관을 관통 이동하게 됩니다. 이렇게 면역계 세포들의 동원을 조장하는 혈관들의 변화가 염증의 시작인 것입니다(참조 그림24). 이어서 면역계 세포들이 펼치는 국소적인 적응성 면역반응이 염증을 본격적으로 전개시킵니다.

  염증 부위에 제일 먼저 도착하는 세포중의 하나가 호중구들(neutrophils)입니다. 다른 백혈구들, 미숙단계의 대식세포인 단핵세포들(monocytes), 대식세포들, 임파구들도 줄줄이 출동하는데, 이들 면역세포들이 혈관 벽을 관통할 지점은 혈관내피세포의 세포막 특수 탄수화물(당분자)이 결정합니다. 이렇게 탄수화물들은 면역세포들이 혈류에서 떠날 곳을 지시하는 중요한 세포-세포 간 신호들의 역할을 합니다.

  염증관련 세포들 중에서 호중구가 염증반응의 보증세포입니다. 염증부위에서 이 호중구들이 병원체들을 포식하는 활동 외에 대식세포들의 작용을 유발합니다. 그 중에서도 호중구의 골수성과산화효소 (mye-loperoxidase)가 더 많이 대식세포들과 결합하게 합니다. 이 효소가 일단 대식세포의 세포막에 결합하게 되면 대식세포들은 염증이전기 사이토카인들(proinflammatory cytokines)을 분비하고, 이 사이토카인들이 호중구들을 더 많이 유인합니다. 그래서 염증과 관련해서 면역세포들의 침투가 계속되는 반복적인 일이 생기는데, 호중구와 대식세포 간 교차 대화 대문입니다. 이 세포들 사이의 “의사교통 신호”는 골수성과산화효소의 만노스 분자입니다. 당분들의 면역조정효과들이 이렇게 해서 나타나게 됩니다(참조 그림24,25).

  한 국소적 염증반응이 진행됨에 따라, 소위 급성기반응이라고 하는 염증의 체계적인 면이 동시에 일어나게 됩니다.  급성기반응의 한 가지 구성요소는 만노스 결합 단백질입니다. 면역계세포들이 어떤 미생물의 만노스 분자와 결합하여 면역계세포들의 식 작용이 촉진됩니다. 대식세포는 3종의 수용체가 있어서, 각종 병원체들의 표면에 있는 만노스 분자와의 결합은 식 작용을 촉진합니다.

  일단 면역세포들이 개시된 염증을 섬멸하게 되면, 대식세포들이 추가로 염증부위에 도착하여 염증과정을 청소합니다. 죽은 호중구들과 세포부스러기들을 삼켜버립니다. 호중구의 세포막에서 보인 탄수화물로써 호중구의 죽음을 인지하고, 탐식자수용체들을 사용하여 각종 세균들을 인지하고, 더욱이 반전문적인 식세포들과 상처치유에 관여하는 섬유아세포들(fibroblasts)은 호중구 세포막에 있는 만노스 혹은 푸코스와 결합하는 단백질을 사용해서 죽은 호중구를 삼킵니다.

  만일 염증과정이 성공적이면, 우리의 몸은 세포들과 중재자들의 기초수준으로 되돌아가게 됩니다. 이때 만노스 또한 염증의 해소에 참여합니다. 즉 호중구의 활성산소기(oxyen radicals)의 생성을 억제합니다. 활성산소기는 조직에 손상을 입히고 새로운 염증을 개시합니다(참조 항산화작용).  만일 점화계통과 소등게통 모두가 적절하게 작동하게 되면, 염증부위에 일시적인 불쾌감과 통증이 있으나 영구적인 손상이 없이 정상으로 되돌아가게 됩니다.

  면역계의 많은 작용과 더불어, 염증반응은 우리에게 유익하기도 해롭기도 합니다. 확실히 염증과정이 성공적으로 해소됨에 따라 미생물들이나 이물질들을 제거하는 것은 이득을 줍니다. 그러나 염증과정이 해소되지 않으면, 흔히 질병이 따릅니다. 즉 크론씨병과 궤양성대장염은 만성 염증반응의 전형적인 예입니다. 그 원인은 불명이나 장관에 염증성 병변들이 있습니다. 류마티스 관절염, 전신성홍반성 루푸스 같은 질환들에서도 주된 구성요소는 염증성입니다. 염증이 이러한 질환들의 부분을 이루므로 호중구, 단핵세포 등 면역세포막 접착분자와 혈관내피세포 사이의 상호작용, 식세포(phagocyte)와 병원체 간 상호작용이 일어납니다. 이러한 상호작용들은 세포막 탄수화물과 수용체 사이의 상호작용들로 중재되는 세포성 의사교통 신호들을 의미합니다. 형질 당단백질의 탄수화물 성분들은 면역세포들의 이동을 억제하고 병원체들의 청소에 관여합니다. 

 -다음에 계속-

 

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