염증 시리즈 2회: 염증 반응의 생물학적 메커니즘

   들어가며: 염증의 무대 뒤 이야기

지난 회에서 염증이 우리 몸의 방어 시스템이라는 것을 알아봤습니다. 하지만 실제로 염증이 어떻게 일어나는지, 그 무대 뒤에서는 어떤 일들이 벌어지는지 궁금하지 않으셨나요?

상처가 났을 때 왜 빨갛게 되고 붓는지, 감염이 되었을 때 열이 나는 이유는 무엇인지... 이 모든 현상들 뒤에는 정교하고 복잡한 생물학적 메커니즘이 숨어있습니다. 오늘은 그 신비로운 과정을 단계별로 살펴보겠습니다.

   염증의 시작: 위험 신호의 감지

염증 반응은 우리 몸이 "위험"을 감지하는 순간부터 시작됩니다. 이 위험 신호들을 우리는 **손상 관련 분자 패턴(DAMPs, Damage-Associated Molecular Patterns)**과 **병원체 관련 분자 패턴(PAMPs, Pathogen-Associated Molecular Patterns)**이라고 부릅니다.

DAMPs는 세포가 손상되거나 죽을 때 세포 내부에서 방출되는 물질들입니다. 평소에는 세포 안에 안전하게 보관되어 있던 것들이 세포 밖으로 나오면, 우리 몸은 이를 "위험 신호"로 인식합니다. 마치 건물 안에 있어야 할 가구들이 밖으로 나와 있으면 화재나 지진이 났다는 것을 알 수 있는 것과 같습니다.

PAMPs는 세균, 바이러스, 진균 등 병원체가 가지고 있는 특징적인 분자 구조들입니다. 예를 들어, 세균의 세포벽 성분인 리포폴리사카라이드(LPS)나 바이러스의 RNA 등이 여기에 해당합니다.

   1단계: 패턴 인식 수용체의 활성화

우리 몸에는 이러한 위험 신호들을 감지하는 특별한 센서들이 있습니다. 이를 **패턴 인식 수용체(PRRs, Pattern Recognition Receptors)**라고 합니다. 가장 잘 알려진 것이 **톨 유사 수용체(TLRs, Toll-Like Receptors)**입니다.

이 수용체들은 마치 보안 시스템의 센서와 같습니다. 각각의 TLR은 특정한 위험 신호만을 인식하도록 설계되어 있습니다. TLR4는 세균의 LPS를, TLR3는 바이러스의 이중나선 RNA를 인식합니다.

PRR이 활성화되면, 세포 내부에서 복잡한 신호 전달 과정이 시작됩니다. 이는 마치 도미노가 쓰러지는 것과 같은 연쇄 반응으로, 결국 염증을 조절하는 유전자들이 활성화됩니다. 특히 **NFκB(Nuclear Factor kappa B)**라는 전사 인자가 핵으로 이동하여 염증성 사이토카인의 생산을 시작합니다.

   2단계: 혈관 반응 - 염증의 가장 눈에 띄는 변화

PRR 활성화 후 가장 먼저 일어나는 변화는 혈관 반응입니다. 이는 두 가지 주요 현상으로 나타납니다.

   1. 혈관 확장 (Vasodilation)

염증 부위 주변의 작은 동맥들이 확장됩니다. 이는 주로 **산화질소(NO)**와 **프로스타글란딘**과 같은 혈관 확장 물질들에 의해 일어납니다.

산화질소는 혈관 내피세포에서 생산되어 혈관 평활근을 이완시킵니다. 마치 좁은 도로가 넓어지는 것처럼, 혈관이 확장되면 더 많은 혈액이 염증 부위로 흘러갈 수 있습니다. 이 때문에 염증 부위가 빨갛게 되고 따뜻해집니다.

   2. 혈관 투과성 증가 (Increased Vascular Permeability)

동시에 모세혈관의 투과성이 증가합니다. 평소에는 혈관벽이 단단히 연결되어 있어 혈액 성분이 조직으로 쉽게 스며나갈 수 없습니다. 하지만 염증 상황에서는 **히스타민**, **류코트리엔**, **혈소판 활성화 인자(PAF)** 등이 분비되어 혈관벽의 연결을 느슨하게 만듭니다.

이는 마치 집의 벽에 구멍이 뚫리는 것과 같습니다. 혈장 단백질, 면역세포, 항체 등이 혈관에서 조직으로 이동할 수 있게 됩니다. 이 과정에서 조직에 액체가 축적되어 부종이 발생합니다.

   3단계: 백혈구의 이동과 활성화 - 면역군대의 출동

혈관 반응과 함께 면역세포들의 대이동이 시작됩니다. 이 과정은 마치 군대가 전쟁터로 출동하는 것과 같습니다.

1. 백혈구의 접착과 이동

혈액 속을 떠다니던 백혈구들이 염증 부위로 이동하기 위해서는 먼저 혈관벽에 달라붙어야 합니다. 이 과정은 3단계로 이루어집니다:

**1. 굴림(Rolling)**: 백혈구가 혈관벽을 따라 천천히 굴러갑니다. 이는 **셀렉틴(Selectin)**이라는 접착 분자에 의해 일어납니다.

**2. 단단한 접착(Firm Adhesion)**: 염증성 사이토카인의 자극을 받은 백혈구는 **인테그린(Integrin)**을 활성화시켜 혈관벽에 단단히 달라붙습니다.

**3. 이동(Transmigration)**: 백혈구가 혈관벽 사이의 틈을 통해 조직으로 이동합니다. 이 과정을 **혈관외유출(Extravasation)**이라고 합니다.

2. 화학주성 - 면역세포의 GPS

백혈구들이 염증 부위를 정확히 찾아갈 수 있는 이유는 **화학주성(Chemotaxis)** 때문입니다. 염증 부위에서는 다양한 **화학주성 인자(Chemoattractants)**가 분비됩니다.

**케모카인(Chemokines)**은 가장 중요한 화학주성 인자입니다. IL-8, MCP-1 등의 케모카인들이 농도 경사를 만들어, 백혈구들이 이 경사를 따라 염증 부위로 이동하게 됩니다. 마치 향수 냄새를 따라가는 것처럼, 백혈구들은 화학 신호를 따라 정확한 목적지에 도달합니다.

   4단계: 호중구의 첫 번째 대응

가장 먼저 염증 부위에 도착하는 것은 **호중구(Neutrophils)**입니다. 이들은 우리 몸의 "응급구조대"와 같은 역할을 합니다.

호중구는 여러 가지 방법으로 병원체와 싸웁니다:

**식세포작용(Phagocytosis)**: 병원체를 직접 삼켜서 소화합니다.

**탈과립화(Degranulation)**: 세포 내부의 과립에서 항균 물질들을 방출합니다.

**NET 형성**: 최근에 발견된 메커니즘으로, 호중구가 자신의 DNA와 단백질을 그물처럼 방출하여 병원체를 포획합니다. 이를 **호중구 세포외 함정(NETs, Neutrophil Extracellular Traps)**이라고 합니다.

   5단계: 대식세포의 등장과 조직 정리

호중구가 초기 대응을 마치면, **대식세포(Macrophages)**가 등장합니다. 대식세포는 "청소부"이자 "지휘관" 역할을 합니다.

대식세포의 주요 기능:

**청소 작용**: 죽은 세포, 세포 찌꺼기, 병원체 등을 제거합니다.

**항원 제시**: 삼킨 병원체의 일부를 T세포에게 보여주어 적응 면역을 활성화합니다.

**사이토카인 분비**: 다양한 사이토카인을 분비하여 염증 반응을 조절합니다.

**조직 재생 촉진**: 성장 인자를 분비하여 손상된 조직의 회복을 돕습니다.

   6단계: 화학 매개체의 복잡한 네트워크

염증 반응의 모든 과정은 수많은 화학 매개체들에 의해 조절됩니다. 이들은 마치 오케스트라의 악기들처럼 각자의 역할을 하면서 전체적인 하모니를 만들어냅니다.

1. 주요 화학 매개체들

**히스타민**: 비만세포와 호염구에서 분비되며, 혈관 확장과 투과성 증가를 일으킵니다. 알레르기 반응에서 특히 중요합니다.

**프로스타글란딘**: 아라키돈산에서 만들어지며, 발열, 통증, 혈관 확장을 유발합니다. 아스피린이 이들의 생성을 억제하여 항염 효과를 나타냅니다.

**류코트리엔**: 천식과 같은 알레르기 반응에서 중요한 역할을 하며, 기관지 수축과 혈관 투과성 증가를 일으킵니다.

**보체(Complement)**: 30여 개의 단백질로 구성된 시스템으로, 병원체를 직접 파괴하거나 식세포작용을 촉진합니다.

   보체 시스템 - 염증의 강력한 도구

보체 시스템은 염증 반응에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이는 마치 도미노와 같은 연쇄 반응을 통해 활성화됩니다.

보체 시스템의 활성화 경로는 세 가지가 있습니다:

**고전적 경로**: 항체-항원 복합체에 의해 활성화

**대체 경로**: 병원체 표면에서 직접 활성화

**렉틴 경로**: 만노스 결합 렉틴에 의해 활성화

활성화된 보체는 다음과 같은 기능을 합니다:

- 병원체 표면에 구멍을 뚫어 직접 파괴 (MAC, Membrane Attack Complex)
- 병원체 표면을 표시하여 식세포작용 촉진 (Opsonization)
- 염증성 물질 분비 (C3a, C5a - 아나필라톡신)
- 화학주성 유도

   염증 반응의 시간적 변화

염증 반응은 시간에 따라 주인공이 바뀝니다:

**0-4시간**: 혈관 반응 위주, 호중구 이동 시작
**4-24시간**: 호중구가 주도하는 급성 염증
**24-48시간**: 대식세포 등장, 조직 정리 시작
**48시간 이후**: 만성 염증 세포들(림프구, 형질세포)의 참여

이러한 시간적 변화는 각 세포와 매개체의 수명, 생산 속도, 이동 능력 등에 따라 결정됩니다.

   염증의 해소 - 끝이 있어야 하는 이유

염증 반응이 제대로 작동하려면 적절한 때에 끝나야 합니다. 이를 **염증 해소(Resolution)**라고 합니다.

염증 해소 과정:

**항염증성 매개체 증가**: 리포신, 리졸빈, 프로텍틴 등이 생성됩니다.

**호중구 세포사멸**: 호중구가 자연사하여 제거됩니다.

**대식세포의 표현형 변화**: 염증성(M1)에서 조직 재생형(M2)으로 변화합니다.

**혈관 정상화**: 혈관 투과성과 확장이 원래대로 돌아갑니다.

   맺음말: 정교한 생물학적 교향곡

염증 반응은 단순해 보이지만 실제로는 놀랍도록 정교하고 복잡한 과정입니다. 수많은 세포들과 화학 물질들이 정확한 타이밍에 맞춰 각자의 역할을 수행하는 것은 마치 거대한 교향곡과 같습니다.

이러한 메커니즘을 이해하면 왜 염증이 필요한지, 언제 문제가 되는지를 더 잘 알 수 있습니다. 또한 항염제가 어떻게 작용하는지, 왜 때로는 염증을 억제하지 말아야 하는지도 이해할 수 있습니다.

다음 회에서는 이 모든 과정을 조절하는 사이토카인들의 세계를 탐험해보겠습니다. 세포들 간의 소통 언어인 사이토카인들이 어떻게 염증의 강도와 방향을 결정하는지 알아보겠습니다.



*다음 회 예고: 염증의 분자 생물학 - 사이토카인의 세계. 세포들이 주고받는 화학적 메시지들이 어떻게 염증의 운명을 결정하는지 살펴봅니다.*