미세먼지의 임상적 위험성

세계적으로 공기오염이 건강에 미치는 문제가 부각되고 있다. 세계폐쇄성폐질환기구(GOLD)는 공기오염을 흡연과 함께 만성폐쇄성폐질환(COPD)의 주요 발생원인으로 지목하면서 공기오염의 위험성을 강조했다. 특히 미세먼지의 경우 폐의 변이 및 발달에 유의한 영향을 미칠 수 있다는 점을 강조했다. 이에 관련된 근거에서는 지역사회 소아환자들을 대상으로 한 연구에서 실외 이산화질소, 2.5µm 미만의 미세먼지에 노출도가 높은 경우 FEV₁ 80% 미만으로 정의된 폐기능감소 위험이 5배 이상 높은 것으로 나타났다.

우리나라를 포함한 일본, 중국 등 동북아시아에서는 미세먼지 증가 등 대기오염이 점점 악화되고 있어 폐기능감소 위험이 높아질 것으로 전망되고 있다. 이런 가운데 아이비엽 및 황련 복합추출물(HHCR)이 미세먼지 및 황사로 인한 폐염증 악화예방에 대한 가능성을 보여 관심을 모으고 있다.

미세먼지의 폐기능 감소 기전

중앙대학교 약학대학 황광우 교수팀은 미세먼지·황사로 폐염증이 유발된 쥐 모델에서 HHCR의 염증감소 효과를 평가한 연구를 발표했다.

연구에서는 “미세먼지는 체내에 더 깊숙히 침투해 폐에 흡착하고 호흡기질환을 야기한다”며 폐에 대한 미세먼지의 유해성을 설명했다. 미세먼지는 침전(sedimentation)과 확산(diffusion)을 통해 호흡기계에 영향을 미친다. 특히 미세먼지 입자의 크기가 작을수록 전체 표면적이 커져서 강한 염증반응을 유발하는 것으로 알려져있다.

HHCR의 항염증효과

연구팀은 HHCR의 항염증효과에 초점을 맞췄다. 연구에 사용된 HHCR은 아이비엽의 α-헤데린(α-hederin)과 황련의 베르베린(berberine)의 혼합 추출물로 급성 상기도 감염, 만성 염증성 기관지염으로 인한 기침, 가래 치료에 이용되고 있다. 

HHCR의 두 성분 모두 항염증효과를 가지고 있다. 아이비엽의 아글리콘 부분(aglycon part)인 헤데라코시드 C(hederacoside C)는 호흡기질환 치료에 오랫동안 사용돼 왔고, 이전의 연구들에서 브래디키닌(bradykinin) 등 염증 매개체 차단을 통해 항염증효과를 보고한 바 있다. 또 황련의 베르베린은 염증성 단백질 발현을 억제하고 핵인자-κB (nuclear factor-κB; NF-κB) 신호 전달을 차단함으로써 항염증효과를 보인다.

LPS·미세먼지·황사 노출 쥐 모델 대상

연구팀은 미세먼지·황사로 인한 폐염증의 경향, HHCR의 항염증효과를 확인하기 위해 쥐(mouse)를 대상으로 동물실험을 진행했다. 염증은 염증유발인자인 리포다당류(lipopolysaccharide, LPS)를 투여해 발생시켰다. 실험에 이용된 미세먼지는 직경 2-14μm로 터널 분진에서 확인되는 C18H12, C20H12, C22H14, C22H12으로 구성된 것을 이용했다. 황사를 구현하기 위한 모래분진에 포함된 화학물질들은 SiO2, AI2O3, Fe2O3, K2O, TiO2, MgO 및 CaO였고, 이는 한국의 황사 기간동안 수집된 성분과 유사했다.

연구에서 쥐 모델은 1)대조군(PBS) 2) LPS 단독군 3)미세먼지 단독군 4)황사 단독군 5)미세먼지 + 황사군 6)LPS + 미세먼지군 7)LPS + 황사군 8)LPS + 미세먼지 + 황사군 9)LPS + 미세먼지 + 황사 대상 덱사메타손(1mg/kg, p.o.) 투여군 10)LPS + 미세먼지 + 황사 대상 HHCR(25mg/kg, p.o.) 투여군 11)LPS + 미세먼지 + 황사 대상 HHCR(100mg/kg, p.o.) 투여군으로 분류됐다.

전염증성 사이토카인 억제 효과

쥐 모델을 분석한 결과 LPS 투여 쥐 모델에서 폐포 대식세포(AM)가 증가했고, AM이 증가한 개체에서 IL-1β, IL-6, TNF-α 등 전염증성 사이토카인도 증가한 것으로 나타났다.

LPS와 미세먼지 ± 황사에 노출된 군에서는 AM과 전염증성 사이토카인 분비가 유의하게 증가했고, HHCR 25mg/kg, 100mg/kg은 역으로 AM과 전염증성 사이토카인 분비를 감소시켰다.

또  TNF-α, IL-1β, IL-6와 같은 전염증성 사이토카인의 방출을 활성화하는 프로토타입의 신호 전달 경로인 NF-κB에서도 일관된 영향이 확인됐다. LPS + 미세먼지 ± 황사 노출군에서 NF-κB 신호전달의 상향조절 단백질 중 하나인 IκB와 관련해 이의 활성을 확인할 수 있는 지표인 p-IκB/IκB의 비율이 LPS 단독군보다 더 높았고, LPS + 미세먼지 + 황사 노출군에 HHCR을 추가로 투여한 경우 p-IκB/IκB의 비율이 감소하는 것으로 확인됐다.

T 세포에도 긍정적 영향

폐의 T 세포를 분석한 결과에서도 일관된 경향이 확인됐다. T 세포는 T 세포에서 유발되는 세포독성과 AM의 활성화로 인해 직간접적으로 폐에 악영향을 미칠 수 있다. 그 중 Th17 세포(T-helper type 17 cells)는 폐염증과 연관성이 있고, Treg 세포(regulatory T-cells)는 폐염증에 대한 항염증효과를 보인다.

분석결과 LPS + 미세먼지 + 황사 투여는 정상 대조군에 비해 Th17 세포수, IL-17A 분비를 유의하게 증가시켰고, HHCR은 Th17 세포수와 IL-17A의 분비를 통계적으로 유의하게 감소시켰다.

이와는 반대로 Treg 세포에서는 LPS + 미세먼지 + 황사의 노출로 인해 Treg 세포수가 감소됐고, HHCR은 Treg 세포수와 점막 및 조직 회복의 주요 매개체인 TGF-β의 분비를 증가시켰다.

연구팀은 “이 실험에서 미세먼지, 황사가 폐염증을 악화시킨다는 점이 확인됐고, HHCR은 AM, 전염증 사이토카인, T 세포 관련 사이토카인에 긍정적으로 작용해 폐염증 쥐 모델에서도 유의한 항염증효과를 보였다”고 정리했다.

임세형 기자  shlim@mostonline.co.kr

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