인체 상부 기도(상기도)의 특정 마이크로바이옴(미생물 군집 및 유전자 총체)이 폐 기능에 영향을 주며, 마이크로바이옴의 유전자 차이가 소아 천식의 임상 증상과 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 이 같은 사실은 국립보건연구원의 최근 연구 결과에서 드러났다고 13일 질병관리본부가 밝혔다.

마이크로바이옴(Microbiome)은 미생물을 뜻하는 ‘Micro(be)’와 생물군계을 뜻하는 ‘biome’의 합성어로, 환경 내 존재하는 미생물 군집 및 유전자 총체를 일컫는다. 건강한 성인의 경우 각 장기, 조직 등에는 인간세포보다 10배 이상 많은 약 100조 개의 미생물세포가 존재하는 것으로 알려졌다. 

연구팀은 소아 정상군, 천식군, 관해군의 상기도 마이크로바이옴의 구성과 기능 유전자를 분석해 헤모필루스와 모락셀라는 정상군에서 높은 비율로 존재하는 반면 포도알균(Staphylococcus)은 천식군에서 높다는 사실을 확인했다. 관해군이란 천식으로 진단 받은 뒤 증상이 호전돼 2년간 천식 증상이 나타나지 않고 천식 치료약을 쓰지 않은 집단을 말한다.

마이크로바이옴과 폐 기능의 연관성을 조사한 결과, 상기도에 존재하는 연쇄상구균(Streptococcus)의 비율이 높을수록 1초간 날숨량이 낮았으며, 포도알균의 비율이 높을수록 기관지과민성이 높아짐이 밝혀졌다.

또 천식군의 상기도 마이크로바이옴의 전체 유전체를 분석한 결과, 기도염증반응에 영향을 주는 아라키돈산 대사와 라이신 분해, 포스파티딜이노시톨 신호경로, 글리코사미노글리칸 대사경로 연관 유전자가 다른 대상군과 유의하게 다름이 확인됐다.

천식군의 마이크로바이옴에서는 아라키돈산에서 변환된 프로스타글란딘 H2를 프로스타글란딘 E2 물질로 변환시키는 유전자가 결핍돼 있어 천식 증상이 지속될 수 있음이 드러났다. 

아라키돈산(Arachidonic acid)은 고도의 불포화지방산의 하나로 인체 여러 장기에서 발견되며, 프로스타글란딘 생합성의 출발물질로 중요하다. 프로스타글란딘 E2는 체내에서 생합성되며, 폐에서 기관지 확장과 항염증 반응을 담당한다고 알려져 있다. 

라이신의 경우 정상군과 완화군에서는 상기도 마이크로바이옴에 의해 분해돼 최종 산물인 에어로박틴, 아세토아세테이트 등으로 변환되는 반면, 천식군의 상기도 마이크로바이옴에는 이 최종 산물들을 만드는 유전자들이 결핍돼 라이신이 완전히 분해되지 못할 수 있음도 확인됐다. 라이신은 염기성 아미노산으로 동물성 단백질에 많이 존재하며 체내에서 합성되지 않는다. 라이신 잔여물은 염증유발 전단계에 관여하는 요인의 활성화와 콜라겐 합성에 영향을 주어 기도에 영향을 줄 수 있다고 알려졌다.

이번 연구결과는 상기도 마이크로바이옴이 소아 천식 질환의 경과에 영향을 줄 수 있는 인자이며, 마이크로바이옴 분석결과를 활용한 천식 예후·예측지표 및 마이크로바이옴 역할 교정 등을 통한 새로운 치료법 개발이 가능함을 시사한다.

이번 연구는 김봉수 한림대 교수(연구책임자)가 이끌었으며, 연구 성과를 담은 논문은 알레르기 분야 국제저널 ‘Allergy’ 3월호에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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