[소화기내과] 간섬유화의 병인 및 임상적 적용

이 관 식 연세대 의대 영동세브란스병원 내과 Kwan-Sik Lee, M.D. & Ph.D. Division of gastroenterology, Dept. of Internal Medicine, Yongdong severance Hospital, Yonsei University College of Medicine

서론   만성 간질환은 국내에서 성인병 및 사망의 중요한 원인이므로 이 질환의 병인규명, 예방 및 치료 등에 대한 연구는 매우 중요하다. 임상적으로는 만성간염에서 간경변으로 진행하는 것을 막는 것이 중요한 목표 중의 하나이다. 이는 질환의 예후에 중대한 영향을 미치는 여러 합병증과 간암 등이, 일단 간경변으로 진행된 이후에 발생하는 경우가 대부분이므로 만성간염에서 간경변으로의 진행을 막는 것은 B형 또는 C형 간염바이러스에 의한 간질환을 포함한 모든 만성 간질환자에서의 궁극적인 목표 중의 하나라고 할 수 있다.   이러한 목표하에 여러가지 방향으로 연구가 진행되고 있고, 대표적인 것이 간염바이러스 자체에 대한 연구이다. 이를 기초로 하여 바이러스의 증식을 억제하는 항바이러스제의 개발 등과 같은 연구(Virology)이연구와 간염 바이러스에 대한 숙주의 면역반응 등에 대한 면역학적 연구(Immunology)도 진행중이다. 간섬유화의 기전에 대한 연구는 간경변으로 진행되는 과정을 연구하는 학문으로서 국내에서는 다소 생소한 분야이지만 외국에서는 이미 활발한 연구가 진행되고 있다. 어떠한 원인에 의한 간경변이든지 결국은 계속되는 간섬유증(hepatic fibrosis)의 과정을 거쳐 유발되므로 간섬유증의 과정을 이해하고 연구하는 것은 간경변을 유발할 수 있는 모든 질환을 해결하는데 가장 기본적인 단계라고 할 수 있다.   1. 간섬유증 여러가지 원인에 의해 간세포(hepatocytes)가 손상을 받으면 여러 세포들의 상호작용에 의해 각종 사이토카인(cytokines) 및 산소 유리잔기(oxygen free radical) 등이 생성되고 정상 세포외기질(extracellular matrix, ECM)이 손상을 받게 되며, ECM의 이상 증식이 유발되어 간섬유증으로 진행된다. 일반적으로 간섬유증은 간경변과는 달리 가역적(reversible)이고, thin fibril로 구성되며, nodule 형성이 없는 것으로 알려져 있고 간손상의 원인이 소실되면 정상회복이 가능할 수 있다. 그러나 이러한 간섬유증 과정이 반복적으로 지속되면 ECM간의 교환결합(crosslinking)이 증가하여 thick fibril을 형성하고, nodule이 있는 비가역적인(irreversible) 간경변으로 진행된다. ECM은 교원질(collagen), 당단백질(glycoprotein) 및 프로테오글라이칸(proteoglycan) 등으로 구성된다. 이중 특히 교원질의 증가는 간섬유증의 중요한 원인이 된다. 교원질은 여러가지 원인에 의해 활성화된 간성상세포(hepatic stellate cell)에서 주로 생성이 된다.   간섬유증은 matrix-cell-mediator (MCM) triad model을 기본으로 연구가 진행되고 있는데 세포는 각종 matrix와 mediator를 생성하며, matrix와 mediator는 상호작용을 하고 세포를 조정한다는 것이 기본 개념이다(Fig. 1). 따라서 간섬유증에 대한 연구는 ECM에 대한 연구, 이에 관여하는 세포와 각종 세포간의 관계(Fig 2), 세포의 활성화 기전, 각종 사이토카인 및 항섬유화제(antifibrogenic agents)에 대한 연구 등 여러가지 방면으로 활발히 진행되고 있고, 목표는 ECM의 생성을 저하시켜 간경변으로의 진행을 억제하는 것이다.               2. 세포외기질 정상 간조직의 ECM은 기저막(basement membrane) ECM과 간질성(interstitial) ECM으로 구분되는데 간세포와 동모양혈관 내피세포(sinusoidal endothelial cell) 사이의 딧제강(space of Disse)을 구성하고 있는 기저막 ECM은 주로 4형 교원질, laminin, heparan sulfate proteoglycan 등으로 이루어져 있고, 간질성 ECM은 주로 1, 3형 교원질과 fibronectin, undulin 등으로 구성되고 문맥부위와 간소엽에 분포하며 간조직을 구조적으로 유지하는 역할을 한다. ECM은 이러한 구조적 지지역할 이외에도 각종 mediator의 활성화에 관여하고, 여러 세포와 다양한 integrin을 통한 결합으로 세포 활성화를 조절하는 기능을 갖고 있다.   1) 교원질 교원질은 현재 1형부터 19형까지 알려져 있고 1, 2, 3, 5, 11형 등과 같은 banded or fibril forming type과 4, 6, 7, 8, 9, 10형 등과 같은 non-banded or non-fibril forming type으로 구분되고 이를 세분하면 다음과 같다. 간과 연관이 있는 것은 1, 3, 4, 5 및 6형으로 알려져 있다. 정상간에서는 1형과 3형이 각각 전체 교원질의 40∼45%로 대부분을 차지하고 주로 문맥주위부에 다발(bundle) 형태로 분포되어 있다. 4형은 약 7%로 기저막 부위에 저밀도 기질(low density matrix)형태로 분포되어 있고 5형은 5∼10%로 간소엽(hepatic lobule)부위에 분포되어 있다. 정상간의 교원질은 전체 무게의 약 0.5%이고 1형과 3형의 비율이 거의 같으나, 간경변에서는 10배 이상으로 증가하는데 1형과 3형의 비율이 약 4:1로 주로 1형이 많이 증가하는 것으로 알려져 있다. 이는 피부의 상처치유 시 초기에는 주로 3형이 증가하나 후기 반흔(scar)형성시에는 1형이 대부분을 차지하는 것으로 보아 간경변도 같은 맥락으로 이해할 수 있을 것이다.   간섬유증은 결국 간내 교원질의 증가로 유발되는데 이는 여러가지 인자로 인한 교원질 유전자의 자극으로 교원질 생성이 증가하거나, 교원질을 분해시키는 collagenase의 감소 등으로 유발될 수 있고, 교원질을 생성하는 세포수의 증가도 중요한 원인이 된다. 교원질 유전자를 자극시키는 물질은 알코홀의 대사물질인 아세트알데하이드, 실험동물에 사염화탄소 등을 투여시 검출되는 섬유화인자(fibrogenic factor), 아스코르빈산(ascorbic acid), 지질과산화(lipid peroxidation)의 산물인 malondialdehyde와 4-hydroxynonenal, 전환 성장인자 β1 (transforming growth factor β1, TGF β1) 등이 대표적이고 이외에도 여러가지 물질이 보고되고 있다(Table 1).        교원질 유전자를 억제시키는 물질은 환식 아데노신모노포스페이트(cyclic AMP, cAMP), 당질코르티코이드(glucocorticoids), 인터페론, 프로스타글란딘 및 레티노이드 등이 있다(Table 2).        2) 당단백질 당단백질은 주로 교원질과 세포를 부착시키는 역할을 하고, 각종 세포의 기능도 조절한다. Fibronectin, laminin, vitronectin, tenascin, undulin, thrombospondin, SPARC(osteonectin), elastin 및 nidogen(entactin) 등이 알려져 있다. (1) Fibronectin Soluble plasma protein 상태 또는 cellular fibronectin 상태로 존재하는 450kD의 당단백질이다. Cellular fibronectin은 교원질을 세포에 부착시키는 역할 이외에 ECM 형성에 관여하고 collagenase와 결합하여 기능을 억제하며, 세포의 이동 및 염증세포에 대한 화학주성인자(chemoattractant)의 기능을 갖고 있다. 또한 plasma fibronectin도 coagulation, opsonization 및 tissue repair 등에 관여한다. (2) Laminin Lace와 같은 격자구조를 하고 있고 다른 ECM을 고정시키는 역할을 하는데 특히 4형 교원질, nidogen, perlecan 등과 함께 기저막을 형성한다. Nidogen은 laminin 격자와 섞어 짠듯한 4형 교원질 sheet를 연결시켜 주고 perlecan은 laminin에 부착되어 있는 형태를 하고 있다.   3) 프로테오글라이칸(PG) 중심단백질에 부착되어 있는 여러가지 형태의 glycosaminoglycan(GAG)사슬로 이루어져 있는 물질로서 GAG 성분에 따라 heparan sulfate, dermatan sulfate, chondroitin sulfate 및 keratan sulfate 등과 nonsulfated hyaluronic acid 등으로 분류한다. 정상간에서는 heparan sulfate가 60% 이상 차지하고 있으나, 병변시에는 dermatan sulfate와 chondroitin sulfate가 증가하고 heparan sulfate는 상대적으로 50% 이하로 감소하게 된다. 간경변시에는 GAG가 약 5배 이상으로 증가한다.   3. 세 포 정상간에서는 간세포, 동모양혈관 내피세포 및 간성상세포 등이 ECM을 생성하지만, 간손상을 받은 후에는 주로 활성화된 간성상세포가 ECM을 생성하는 것으로 알려져 있고, 각종 세포의 활성화기전, 세포간 또는 세포-ECM간의 상호작용에 대해 많은 연구가 진행되고 있다.   1) 간성상세포 간성상세포는 1876년 Kupffer에 의해 발견되었고, Ito에 의해 기술되었으며 1971년 Wake에 의해 정립되었다. 동모양혈관 내피세포와 간세포 사이의 딧제강에 위치한 세포로서 별모양을 하고 있다. 간성상세포, Ito cell, 비타민 A를 함유하고 있는 지방소적(lipid droplet)을 갖고 있어서 vitamin A storing cell, fat storing cell 또는 perisinusoidal hepatic lipocyte 등으로 명명되고 있다.   정상에서는 3, 4형 교원질과 laminin 등을 생성하고 1형 교원질은 거의 생성하지 않는데, 손상받은 간세포나 쿠퍼세포 등에서 분비된 여러가지 사이토카인이나 oxidative stress 등에 의해 자극을 받으면 PDGF와 TGF β1의 receptor가 발현하고, 이와 더불어 4형 collagenase를 분비하여 세포주변을 둘러싸고 있는 기저막을 손상시킨다. 일반적으로 기저막 ECM은 간성상세포의 증식 및 활성화를 억제하는 것으로 알려져 있으므로 이러한 기저막의 손상은 간성상세포를 활성화시킨다. 활성화된 간성상세포는 각종 성장인자(growth factor)에 대한 반응이 증가하고 1형 교원질 등의 ECM 생성을 증가시키며 생성된 1형 교원질은 간성상세포를 더욱 활성화시킨다.   2) 간세포 손상을 받은 간세포는 쿠퍼세포에 의해 식작용되고 이로써 활성화된 쿠퍼세포는 각종 사이토카인을(Table 3) 분비하여 간성상세포를 활성화시킨다는 것이 일반적인 간섬유화 기전 중의 하나인데 손상받은 간세포가 직접적으로 간성상세포를 활성화시킨다는 보고도 있다. 즉 여러가지 원인에 의해 간세포가 손상을 받아 세포사멸(apoptosis)이 일어나면 TGF β1이 발현되고 이로 인해 간성상세포가 활성화되며, 활성화된 간성상세포에 의해 TGF β1이 다시 발현되어 간세포의 세포사멸이 더욱 유발되는 악순환이 진행될 수 있다.   4. 치 료 아직 뚜렷한 효과가 있는 치료제가 개발되지 않았으나 간조직의 염증반응 억제, 간성상세포 활성화 억제 및 교원질 생성과정의 방해 등 세가지 방향으로 연구가 진행되고 있다.   1) 원인 제거 알코홀이나 바이러스 등과 같이 간섬유화를 유발하는 근본적인 원인 제거가 가장 중요하다.   2) 유전자 치료 아직까지는 실험실 단계를 벗어나지 못하고 있으나 세포외 기질 또는 사이토카인 등에 대한 antisense mRNA를 투여하여, 섬유화과정시 이미 생성된 sense mRNA와 결합하게 하여 파괴시키는 방법이 있고, 교원질, fibronectin, TGF β1 등에 대한 antisense mRNA 등이 고려되고 있다.   3) 당질코르티코이드 교원질 유전자의 전사율을 감소시키거나 교원질 mRNA의 안정성을 감소시킴으로써 교원질의 양을 줄일 수 있다.   4) 프로스타글란딘 PGE2는 IL-1이나 TGF β1으로 자극된 교원질 유전자를 억제하고 PDGF에 의한 간성상세포의 증식효과를 감소시킨다. 세포내 cAMP를 증가시켜 교원질 유전자를 억제하며 세포보호작용이 있다.   5) 인터페론 간성상세포의 증식을 억제하고 교원질 mRNA의 안정성을 감소시키며 감마 인터페론이 알파 인터페론보다 강한 효과를 보인다. PGE2나 TNF α 등과 병합투여하여 교원질 생성감소에 상승작용을 나타낼 수 있다.   6) 세포내 cAMP PGE2 이외에도 인디에스테라제(phosphodiesterase) 억제제나 β-아드레날린 작동제(β-adrenergic agonist) 등이 세포내 cAMP를 증가시켜 교원질 유전자를 억제한다.   7) 레티노이드 활성화된 간성상세포는 세포내 레티노이드를 함유하고 있는 지방소적이 감소 또는 소실된다. 쿠퍼세포 배양액을 간성상세포에 처치하면 간성상세포는 활성화되고 간성상세포 배양액에 레티놀이 검출된다. 반대로 간성상세포 배양시 레티노이드를 첨가하면 PDGF에 대한 반응이 감소하는 것으로 보아 레티노이드는 간성상세포의 활성화를 억제할 수 있을 것으로 생각되며 전구물질인 카로티노이드도 같은 효과를 나타낼 것으로 생각된다. 그러나 레티노이드 자체에 의한 간독성이 있으므로 사용에는 더 많은 연구가 필요할 것이다.   8) 항산화제 산화성 스트레스로 인한 지질과산화가 간성상세포에서 교원질 유전자를 자극하므로 대표적인 항산화제인 비타민 E 등은 이를 억제할 수 있다. Pentoxifylline도 항산화제로서 간성상세포의 활성화를 억제한다.   9) 콜치신(colchicine) 교원질은 세포내에서 미세소관을 통해 세포외로 분비되는데 콜치신은 미세소관에 영향을 주어 교원질의 분비를 억제하고, 교환결합과정도 억제하여 collagenase에 의한 파괴를 유발할 수 있다. 이외에 collagenase의 생성을 증가시키고 단핵구나 다핵구의 기능을 억제하는 작용도 한다.   10) Prolyl hydroxylase inhibitor 전구교원질이 형성된 후 lysyl 또는 prolyl residues hydroxylation 등의 posttranslation 변형을 거치게 되는데 이 과정을 방해함으로써 triple helix가 unstable하게 되어 쉽게 파괴되고, secretion에도 제한을 받게 된다. 이에 속하는 제제로서 deferiprone, pyridine 2, 4-dicarboxylic acid(2, 4-PDCA)와 이의 derivative인 HOE077 등이 알려져 있다.     결론   바이러스학이나 면역학 등과 같은 기존의 연구방법과 더불어 간성상세포 및 교원질 등과 같은 간섬유화의 기전에 대한 연구를 시행함으로써 국내에서 중요한 성인병 중의 하나인 간경변으로의 진행을 어느 정도 억제할 수 있을 것이라고 기대된다.   [출처 : DiaTreat Vol. 2, No.2]