cytokine and microbiome : 1

마이크로바이옴 논문을 보면 마이크로바이옴을 분석 뿐만 아니라 사이토카인 관련 내용도 많이 연관지어서 묶는 경우를 자주 볼 수 있습니다. 사이토카인이 어렴풋하게 어떤 것인지는 알고 있었지만 이번 기회에 확실하게 정리하고 싶어서 관련 공부하고 포스팅합니다.

 

 

1) 사이토카인 개념

 

 

위 영상을 주로 참고하였습니다.

cytokine 이란, 세포 또는 백혈구에서 분비되는 단백활성 물질로 세포 간의 정보전달에 관여하는 단백질입니다.

수많은 종류의 사이토카인이 존재하는데 제가 관심있는 것은 염증성 사이토카인과 항염증성 사이토카인입니다. 사이토카인의 역할은 주로 면역세포를 활성화, 증식, 분화를 유도하는 것 입니다.

 

1. 염증성 사이토카인 : IL-1, IL-6, TNF-a 등은 염증의 발생에 관여하기 때문에 염증성 사이토카인이라 불린다.

2. 항염증성 사이토카인 : IL-10, TGF-B 등은 염증의 억제에 관여하여 항염증성 사이토카인이라 불린다.

 

그 중에서도 마이크로바이옴, 사이토카인 관련 논문에서 주로 등장하는 염증성 사이토카인인 IL-6, TNF-a 에 대해 조금 더 자세하게 알아보겠습니다.

 

 

1. TNF-a (tumor necrosis factor-alpha)

TNF-a 는 주로 활성화된 대식세포에 의해 분비되는데, helper T cell,NK cell 등 다양한 세포에서도 분비됩니다.

TNF-a 의 가장 중요한 역할은 면역 세포의 조절입니다.

 

기본적으로 막단백질 (mTNF-a) 상태로 존재하다가 풀려나면(sTNF-a) 사이토카인으로 작동하는데, 어떤 수용체와 결합하느냐에 따라 염증을 억제할지 촉진할지 결정됩니다.

TNF-a 가 TNFR1 수용체에 결합할 시 염증을 촉진하고,  TNFR2 수용체에 결합힐 시 염증을 억제합니다. 

 

2. IL-6 (interleukin-6)

IL-6 는 대식세포 등에 의해 분비됩니다. 체내의 면역반응에 작용하고, 체내 방어기전을 작동시키며 감염이나 조직손상 등에 대한 반응으로 증가하는 특징이 있습니다.

 

어떤 세포에 대해 작용하는지에 따라 다양한 역할을 수행합니다. B cell 에 대해서는 분화를 촉진하여 항체 생성을 유도하며, 간세포에 작용하여 급성반응물질인 CRP 등의 생성을 촉진합니다.

 

 

위에서는 긍정적인 효과에 대해 주로 서술하였지만, 사이토카인을 측정한 논문들에서는 거의 TNF-a, IL-6 모두 감소하는 것을 긍정적으로 해석하고 있으며 이는 사이토카인의 과다분비되면 정상 세포를 공격하는 등 과잉 염증반응을 일으키기 때문입니다.

 

 

2) 마이크로바이옴과 사이토카인

마이크로바이옴과 사이토카인의 관계에 대해서는 해당 논문을 참고하였습니다. 

 

Linking the Human Gut Microbiome to Inflammatory Cytokine Production Capacity

 

간단하게 요약하면, 

 

장내 미생물 군집에 불균형의 발생은 염증성 사이토카인의 비정상적인 생산과 동반되는 경향이 있으며 개인에 따라 차이가 있지만 위 논문에서는 TNFa, TNFr 생산이 특정 미생물의 대사경로와 연관이 있음을 확인하였다.

 

입니다.

 

다만 연관이 있음을 확인한 것은 단순 taxa 의 상대적 풍부도를 spearman correlation 을 사용하여 검증하였는데, 이는 인과관계가 아닌 단순 상관관계를 나타낸다는 것을 확실히 해야합니다.

 

저는 단순히 taxa 와 사이토카인 양의 증감에 대한 상관관계가 아닌 서로 직접적인 영향을 주는지가 궁금하였는데, 해당 논문에서는

 

1. 미생물 트립토판 대사가 사이토카인 생산에 큰 영향을 끼치고 이 효과는 주로 TNFa 의 반응에 대해 억제 효과가 있는 tryptophan 의 대사물질인 tryptophol 에 의해 매개된다.(Nowak et al., 2012) 

2. palmitoleic acids 는 IL-1B, IFNr 의 조합에 의해 발생하는 세포사멸을 막는다. (Welters et el., 2004)

 

등을 근거로 제시하고 있습니다.

 

 

 

다른 논문의 figure 인데 저항 전분을 프리바이오틱스로 사용해서, gut microbes 들이 SCFA 를 생성, cytokine 생성에 영향을 주는 기작을 잘 시각화 해줬다고 생각해서 가져왔습니다.

 

 

 

 

여기서 마무리하고 다음 포스팅에서 마이크로바이옴과 사이토카인 관련한 논문에 대해 간단하게 리뷰하겠습니다.

 

 

 

 

# reference

 

1) Schirmer, Melanie, et al. "Linking the human gut microbiome to inflammatory cytokine production capacity." Cell 167.4 (2016): 1125-1136.

 

2) Nowak, Elizabeth C., et al. "Tryptophan hydroxylase-1 regulates immune tolerance and inflammation." Journal of Experimental Medicine 209.11 (2012): 2127-2135.

 

3) Welters, Hannah J., et al. "Mono-unsaturated fatty acids protect against β-cell apoptosis induced by saturated fatty acids, serum withdrawal or cytokine exposure." FEBS letters 560.1-3 (2004): 103-108.

 

4) Chang, Amy E., et al. "Targeting the gut microbiome to mitigate immunotherapy-induced colitis in cancer." Trends in Cancer 7.7 (2021): 583-593.