한국사회가 선진화 되어가면서 가장 두드러진  사회현상중의 하나는,  어린아이부터 노인에 이르기 까지, 아토피 피부염, 천식, 각종 알레르기, 당뇨병등과 같은 과민성 면역질환이 급격히 증가하고 있다는 것이다. 또한 많은 환자들이  여러 가지 면역 과민질환을 동시에 앓고 있지만, 이들 질환을 부작용 없이 효과적으로 치료할 수 있는 기술이나 약물 개발은 매우 미진한 상태이다. 

GIST (지스트, 광주과학기술원, 총장 선우중호)의 임신혁 교수 연구팀은 이런 다양한 면역 과민 질환을 부작용 없이 동시에 치료할 수 있는 기술을 개발하여 세계 의약계에서 이를 주목하고 있다. GIST 연구팀은, 우리몸에 부작용 없이 공생할 수 있는 있는 특정 유산균을 항염증 질환치료제로 개발하는데 성공하였다. 아직까지 유산균은 정장작용 등 단편적인 식품으로서의 효능만이 제시되어 왔으나 이번 연구 성과로 인해 이제 유산균은 식품을 넘어선 면역 조절제로 활용할 수 있는 이론적 가능성을 체계적으로 제시하는 성과를 이루어 냈다.

이번 연구는 면역학 전문 저명 국제학술지인 "미국국립과학회원보‘ (Preceedings of the National Academy of Sciences) 1월호에 주목받는 연구 결과로 선발되어 조기 게재 (early edition) (doi:10.1073/pnas.0904055107)되었다. 이 학술지는 링컨대통령에 의해 설립된 미국학술원의 공식저널로서 가장 오래되고 권위를 인정받고 있는 과학저널 중의 하나다.

이번 연구 결과는 이미 2건의 특허로 등록이 완료되어 국내 업체에 기술이전을 통해 상품화를 타진할 계획이다.

GIST 연구팀에 의해 개발된 치료용 유산균은 안정성이 검증되고 부작용이 없는 유산균을 의약식품 또는 의약품으로 개발하는데 장애 요인 없이 상품화가 가능한 응용성이 매우 높은 연구 결과로서, 국내 회사들을 통해 단시일내에 상품화가 될 것으로 기대하고 있다.

생명과학과 임신혁 교수

생명과학과 권호근 박사과정 학생

현재 GIST 연구팀은 기술이전 회사를 물색중이며, 연구 성과는 특허등록이 완료되어 독창성도 보장된 상태여서 회사들의 적극적인 참여가 있을 것으로 기대하고 있다.
임신혁(46, 생명과학과 교수, 사진) 교수와 권호근(30, 박사과정 학생, 사진)학생 연구팀은 수없이 많은 후보 유산균으로부터 면역 조절 T-세포를 증강 시킬 수 있는 유산균을 효과적으로 분리할 수 있는 선별법을 독자적으로 개발한 후, 이를 활용하여 매우 강력한 항염증 유산균 조합을 개발하였다.

GIST 연구팀이 개발한 5가지 유산균 조합 (IRT5) 투여시 장관 면역계에서 면역 조절 수지상 세포가 생겨나고, 이 세포는 다시 면역 억제 T-세포를 생성하도록 도와주게된다. 이때 증식된 면역억제 T-세포는 염증으로 인해 병이 진행되고 있는 곳으로 이동해 염증 면역 반응을 효과적으로 억제하여 각종 질환을 치료하는 효능을 보이는 것으로 밝혀졌다.
 
왜 현대인은 많은 질환에 시달리게 될까? 특히 경제적으로 윤택해지는 사회의 선진화는 오히려 예상하지 못한 각종 면역 질환에 시달리게 되는 것으로 밝혀졌다.

이는, 서구화된 식생활, 불규칙적인 생활습관 및 스트레스 등 복합적인 원인에 의해 장내 균총(Microbiota)의 변화를 초래하게 되고, 이로 인해  다양한 소화기성 염증 질환 (설사, 궤양성 대장염, 과민성대장증후군), 면역 과민 질환 (아토피 피부염, 천식, 각종 알레르기질환, 당뇨병, 관절염등) 염증성질환 및 각종 대사성 질환) 의 주된 원인이 될 수 있음을 규명되었다.

실제로 이러한 만성질환 환자의 경우, 정상인과 다른 장내 균총이 분포되고 있고 한 환자가 다양한 질환을 동시에 겪고 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서  손상되고 변형된 장 면역계를 어린아이와 같은 장내 균총으로 돌려 줌으로써 각종 질환을 제어할 수 있을것으로 기대되고 있다.

유산균은 일반적으로 적당량을 섭취할 경우, 몸의 장내에 서식하면서 인체 건강에 도움을 주는 미생물을 총칭 하는 것으로 장수식품으로 알려져 왔다.  최근 들어 유산균이 인체의 면역계와 상호 작용을 한다는 증거들이 속속 제시되고 있어 멀지 않아 유산균이 단순한 식품의 범주를 벗어나,  의학식품 또는 약품으로서 유산균 이용의 가능성을 제시하고 있다. 하지만 아직까지 유산균이 어떻게 면역시스템을 조절할 수 있는지에 대한 작용 메커니즘은 거의 알려지지 않은 상태이다.

또한  다양한 유산균은 다양한 면역 반응을 매게하는 것으로 알려져 있어 어떻게 특정 효능을 지닌 유산균을 선별해내는 작업은 마치 광산에서 보석을 캐내는 작업과 같다고 할 수 있다.

이번 연구에서 GIST 임신혁 교수와 권호근 학생 연구팀은 항염증성 유산균 선별 시스템을 통해 도출한 항염증성 유산균 5종의 조합 유산균인 IRT5를 개발해 내는데 성공 하였다.

연구팀이 개발한 이 유산균 조합을 생쥐에게 일정기간 구강투여 시,  생체내에서 과민 면역 반응을 억제하는데 중요한 역할을 하는 면역조절 T 세포 (CD4+Foxp3+ regulatory T cells)의 개체수와 기능이 강화됨을 규명하였고 특히 이때  면역조절 T 세포의 생성을 조절하는 것이 선천면역세포인 면역조절 수지상세포 (regulatory DCs)에 의해 이루어짐을 최초로 규명하였다. 연구팀은 개발됭 유산균 조합이  아토피 피부염, 류마티스 관절염 및 염증성 장질환등의 염증성 면역질환을 효과적으로 치료할 수 있음을 증명하였다.

*논문제목 : 유산균의 구강투여에 의한 면역조절 수지상세포 생성 및 면역조절 T 세포 생성을 통한 염증성 면역질환의 예방 및 치료 (Generation of regulatory dendritic cells and CD4+Foxp3+ T cells by probiotics administration suppresses immune disorders)

* 웹주소: http://www.pnas.org/content/early/2010/01/11/0904055107.abstract?etoc=

* 참고사항

□ Abstract

The beneficial effects of probiotics have been described in many diseases, but the mechanism by which they modulate the immune system is poorly understood. In this study, we identified a mixture of probiotics that up-regulates CD4+Foxp3+ regulatory T cells (Tregs). Administration of the probiotics mixture induced both Tcell and B-cell hyporesponsiveness and down-regulated T helper (Th) 1, Th2, and Th17 cytokines without apoptosis induction. It also induced generation of CD4+Foxp3+ Tregs from the CD4+CD25- population and increased the suppressor activity of naturally occurring CD4+CD25+ Tregs. Conversion of T cells into Foxp3+ Tregs is directly mediated by regulatory dendritic cells (rDCs) that express high levels of IL-10, TGF-β, COX-2, and indoleamine 2,3-dioxygenase. Administration of probiotics had therapeutical effects in experimental inflammatory bowel disease, atopic dermatitis, and rheumatoid arthritis. The therapeutical effect of the probiotics is associated with enrichment of CD4+Foxp3+ Tregs in the inflamed regions. Collectively, the administration of probiotics that enhance the generation of rDCS and Tregs represents an applicable treatment of inflammatory immune disorders.

1. 유산균의 아토피 피부염 치료 효능 및 작용 메커니즘 규명

아토피 피부염에서 항염증성 유산균의 치료효능을 확인한 연구로서, 생쥐에 집진드기 추출물을 도포하여 아토피 피부염을 유발 시키면, 가려움증으로 인해  귀 의 형태가 변하고 심한 긁음으로 인해 귀에 상처가 나고 건조증이 생기며 귀 두께가 심각하게 두꺼워 지게 된다.

그러나 이때 연구팀이 개발한 유산균 조합을 투여할 경우  면역 글로블린 E 생성 억제, 가려움 감소, 염증 억제를 통해 아토피 피부염을 크게 완화시킬 수 있음을 밝혔다.  사진에서 알 수 있듯이 (동물 사진 아래 조직 염색 사진) 조직학적 분석에서도 아토피이 유도된 귀 조직 훼손을 효과적 억제됨을 규명하였다. 이러한 결과는 이번 연구팀이 개발한 항염증성 유산균 조합이 아토피 피부염 치료 효능이 탁월함을 입증한다.

2. 유산균의 염증성 장질환 치료 효능 및 작용 메커니즘 규명

염증성 장질환에서 항염증성 유산균의 치료효능을 확인한 연구결과로서,
유산균을 투여를 통해  염증성 장질환 유도에 의해 나타나는 궤양 및 조직 파괴 등의 병리학적 현상을 현저히 억제하여 질병을 유도하지 않은 정상 생쥐와 비슷한 수준으로 유지시킬 수 있으며 조직학적 분석 (오른쪽 사진) 역시 정상식이 그룹의 장에 비해 유산균 투여 그룹의 장의 경우 장상 대장 조직의 모습을 유지함을 확인할 수 있다. 

이러한 결과는 이번 연구를 통해 개발된 항염증성 유산균 조합이 염증성 장질환에 치료 효능이 탁월함을 입증한다.

3. 유산균의 류마티스 관절염 치료 효능 및 작용 기작 규명

류마티스 관절염에서 항염증성 유산균의 치료효능을 확인한 연구결과로서, 류마티스 관절염의 유도에 의해 쥐는 앞발과 뒷발 관절 부위가 부어오르고 움직임의 둔화된다.

이러한 심각한 관절염 증세는, 연구팀이 개발한 유산균을 투여시, 관절부위의 부종 및 움직임 둔화 현상이 크게 줄어들고, 조직학적 분석 결과 (동물 사진 아래쪽) 염증 면역세포의 집중현상 및 관절조직의 파괴억제가 억제됨을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 이번 연구를 통해 개발된 항염증성 유산균 조합이 관절염 치료 효능이 탁월함이 확인되었다.