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피부사상균증 병태생리의 최신 지견 <1>

[정리=약학정보원 학술정보센터] 전세계 1/4 겪는 백선, 그 원인은?

2021-08-02 05:56:58 주혜성 기자 주혜성 기자 hsjoo@kpanews.co.kr

피부사상균증(백선)은 전 세계적으로 흔히 발병하는 피부 진균 감염으로 건강한 사람에서는 표재성 진균증을 유발하지만 면역 저하자에서는 중증의 만성 감염을 초래할 수 있다. 피부사상균증의 병태생리에 대해 완전히 규명되지는 않았으나, 피부사상균 감염에 대한 인체의 선천 및 적응 면역 기전에 대한 연구가 진행되고 있다. 진균의 병독성 인자는 피부 부착과 침투를 촉진하며, 진균과 숙주의 상호작용은 Th1, Th2, Th17, Treg 세포의 면역 반응에 영향을 미친다. 인체친화성 진균의 경우 Treg 세포 경로를 활성화함으로써 감염의 만성화에 기여할 수 있다. 피부사상균 감염의 임상 경과에 영향을 미치는 요인으로는 유전적 감수성 인자, 상피·면역 장벽의 손상, 피지의 조성, 이산화탄소 농도, 피부 pH, 스테로이드제 남용 등이 알려졌다. 본 고에서는 피부사상균증에 대한 최신의 병태생리학적 근거를 살펴보고 이의 임상적 의의를 고찰하고자 한다. [정리=약학정보원 학술정보센터]

피부는 인체에서 가장 광범위하게 분포하는 기관으로 미생물총의 생태학적 서식처이자 환경 자극과 병원체에 대한 물리적인 장벽(barrier)으로 작용한다. 피부의 면역계는 피부 감염에 역동적으로 반응함으로써 병원체를 제거하고 손상을 치유해 항상성을 유지한다.

사람에서 가장 흔한 피부 감염 질환은 백선이라고도 하는 피부사상균증(dermatophytosis, ringworm, tinea)이며, 전 세계적으로 건강한 인구의 20~25%에서 발병하는 것으로 추정된다. 

피부사상균(dermatophyte)은 과거에는 토양 중의 케라틴을 분해해 생활했으나, 포유동물의 각질 환경에 적응함으로써 동물이나 사람의 피부에 기생하게 됐다. 피부사상균은 특징적으로 균사(hyphae)가 피부 표피를 침습함으로써 피부, 머리, 조갑에 아급성 또는 만성 감염을 일으킨다.


피부사상균은 계통학적으로 5개의 속(Epidermophyton, Trichophyton, Microsporum, Arthroderma, Nannizzia)으로 분류된다. 이 중에서 생태학적으로 특정 공간에 적응해 생활하는 진균은 인체친화성, 동물친화성, 토양친화성으로 구분되며, 인체친화성인 T. rubrum, E. floccosum은 사람의 피부를 감염시켜 주로 경증 만성 감염을 유발한다. 면역력이 저하된 사람이나 암, 당뇨병 환자와 같이 세포 매개 면역이 결핍된 경우, 진균에 쉽게 감염되며 항진균 치료에 잘 반응하지 않는 경향이 있다.

피부사상균의 감염 과정
피부사상균은 피부 부착, 발아, 침투, 관통 등의 과정을 거쳐 피부 감염을 유발한다. 감염 초기 단계에서 피부사상균은 숙주 조직과 상호작용을 통해 1시간 이내에 표피에 부착한다.

초기 부착 과정에는 진균의 세포벽에 존재하는 병독성 인자인 adhesin 분자가 중요한 역할을 하며, 피부사상균은 피부로 침투하고 영양분을 얻기 위해 단백질 분해 효소(protease)를 분비한다. 다음으로 발아(gemination) 단계에서는 분생포자가 발아해 균사가 신속하게 각질층으로 침입하는데, 이 과정은 3~4시간 내에 진행된다. 24시간에서 3일 사이에는 균사가 표피에서 전파되며 숙주 조직으로부터 제거되지 않도록 섬유상 구조가 더 단단하게 부착된다. 이후 부착과 영양분 공급에 유리하도록 균사가 표피층에 더 깊숙하게 침투해 숙주 조직과의 접촉면을 증가시킨다. 4일째가 되면 균사가 피부의 과립층(granular layer)까지 도달하면서 상피 장벽의 고결성을 상실하게 된다<그림2>.


이러한 피부사상균의 부착·침투 과정에는 피부사상균의 효소, 병독성 인자, 피부 pH 등이 관여하며 병독성 인자는 숙주의 면역 상태와 상관없이 중요한 감염 인자로 작용한다.

어떠한 종의 피부사상균에 감염되느냐에 따라 활성화되는 면역 수용체나 신호전달 경로가 달라지며, 피부사상균-숙주 상호작용은 세포 매개 면역 반응의 양상(Th1, Th2, Th17, Treg)과 임상 진행(급성 또는 지속성 감염)에 영향을 미친다.

피부사상균 감염에 관여하는 인자
△병독성 인자(virulence factor)
피부사상균의 핵심적인 병독성 인자는 특징적으로 효소 활성을 나타낸다.

피부사상균은 단백질 분해효소, 지질 분해효소, 엘라스타제, 콜라겐 분해효소 등의 효소를 생산하며 이 효소들은 진균이 숙주로 침투하고 영양분을 취하는데 필수적인 인자다. 특히 케라틴 분해효소(keratinase)는 피부에 풍부한 케라틴을 분해해 진균이 침투할 수 있도록 하며, 케라틴의 분해 산물은 진균 성장에 필요한 영양분으로 사용된다. 

조갑(손발톱)과 같은 단단한 케라틴 조직에는 이황화 결합이 많이 존재하는데 진균의 sulfite efflux pump가 먼저 이황화 결합을 제거한 후 케라틴 분해효소가 작용한다.

△환경의 pH
피부와 조갑 표면의 pH는 산성화 인자(샘의 생산물 및 분해물, filaggrin-histidine-urocanic acid 경로 분해 산물 등)와 알칼리화인자(암모니아, 이산화탄소, 중탄산염 등)의 균형을 통해 산성 환경으로 유지되고 있다.

피부사상균은 피부의 산성 환경에 먼저 접하게 되며, 산성에서 활성을 나타내는 단백질 분해효소가 작용하여 케라틴을 분해한다. 케라틴분해로 생성된 대사산물은 주변의 pH를 알칼리성으로 변화시키므로 이후에는 알칼리성에서 활성을 나타내는 단백분해효소가 작용한다. 

이처럼 진균은 pH 적응 기전을 통해 광범위한 범위의 pH 환경에서 단백질을 분해할 수 있으며 이는 중요한 병독성 인자로 작용한다.

△열충격 단백질(heat shock protein, HSP)
피부사상균이 숙주 조직으로 침입하는 동안 진균에서는 다양한 열충격 단백질의 발현이 증가하는 것으로 나타났다. 열충격 단백질은 세포내 단백질의 접힘(folding)과 운반에 관여하는 샤페론(chaperone) 분자로, HSP90은 다양한 면역 활성화 신호전달 분자 및 전사인자가 입체적인 3차 구조를 갖도록 돕는다.

HSP90의 작용을 억제하는 저해제는 사람의 조갑에서 진균의 병독성을 감소시키는 것으로 나타나 HSP가 진균의 병원성에 관여한다는 사실을 뒷받침했다. HSP90 억제제는 T. rubrum에 대한 항진균제(itraconazole, micafungin)의 감수성을 증가시키는 것으로 보고되었다.

△독소(toxin)
T. megninii, T. rubrum, T. violacium이 분비하는 독소인 xanthomegnin, T. rubrum 및 T. interdigitale가 분비하는 hemolysin, 지질 친화성 독소는 숙주의 면역 반응을 억제하는 것으로 나타났다.

△만난(mannan)
진균 세포벽의 당단백질 성분인 만난은 각질형성세포(keratinocyte)의 증식과 교체를 억제해 각질에 존재하는 진균이 탈락되지 않도록 함으로써 감염을 돕는다. 또 숙주의 세포 매개 면역 반응을 억제한다. <다음호에 계속>

References
1) Front Immunol. 2020 Dec 2;11:605644
2) Indian Dermatol Online J. 2021 May 12;12(3):389-399
3) Int J Mol Sci. 2021 May 28;22(11):5794
4) J Bacteriol Virol. 2015;45(1):62-66
5) J Invest Dermatol. 2018 Aug;138(8):1691-1693
6) Korean J healthc assoc Infect Control Prev. 2020;25(2):86-99
7) Nutrients. 2021 Jun 15;13(6):2055

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