서     론

   이비인후과 영역에서 나타나는 알레르기 질환으로, 알레르기비염은 IgE 매개 염증반응으로 인하여 생기는 재채기, 콧물, 코 막힘, 코 가려움의 증상을 보이는 코 점막의 질환으로, 기관지 천식과 같이 근본 병태생리는 기도 점막의 만성 염증반응으로 이해되고 있다. 기관지천식과 알레르기비염은 같이 가지고 있는 경우가 많으므로 이 두 가지 질환은 유전 소인, 환경 인자들이 동일한 것으로 생각된다. 특히 최근에 이들 질환이 급격히 증가하고 있는 것은 세계적인 현상으로서 문명의 발달에 따른 생활양식의 서구화와 함께 공기오염의 영향이 크다고 추측되고 있다.
   알레르기비염에서 알레르기 반응은 조기반응과 후기반응으로 나눌 수 있다. 조기반응은 항원에 노출되고 1시간 이내에 나타나는 것으로 비반세포와 호염기구가 IgE-항원반응에 의해서 화학매개체들을 분비하여 나타난다. 이 시기에는 히스타민 같은 화학매개체 이외에 많은 호산구가 관찰된다. 조기반응을 보인 4~24시간 후의 후기반응에서는 T 세포, 호산구 등 백혈구의 침윤과 활성화를 볼 수 있고 Th2 세포에서 분비되는 사이토카인이 검출되며 혈관내피세포, 기도 상피세포 등이 관여하는 만성 염증반응이 진행된다.
   알레르기 질환의 치료에서 면역요법은 환경관리와 회피요법, 약물요법, 보존적 치료 및 수술과 더불어 알레르기비염의 중요한 치료의 하나이다. 면역요법은 원인 알레르겐을 소량부터 차츰 증량 투여하여 환자의 면역반응을 조절함으로써 알레르기 비염의 증상을 경감 혹은 소실시키고자 하는 치료방법이다. 현재로서는 면역요법이 알레르기질환의 치료에 있어서 유일한 원인적 치료법이므로 많은 의사들이 시행하고 있다. 그 기전으로 면역요법은 T 세포에 작용하여 IgE 생성을 감소시키고, IgG 특히 IgG4를 증가시키는 것으로 알려져 있는데, 이를 차단항체라고 한다. 차단항체는 알레르겐이 침입하면 우선적으로 알레르겐과 결합하여 IgE와의 결합을 방해함으로써 면역효과를 나타낸다. 이외에도 anti-isotypic 반응 혹은 항원-항체 복합체에 의한 IgE 생성 B 세포의 억제 등이 특이 IgE의 생성을 억제한다. 국소 점막 비반세포 및 호산구로부터 화학매체 분비억제 및 림프구 활성화의 억제 등도 면역요법의 기전으로 제시된 바 있다.
   최근에는 면역요법이 조력 T 세포(helper T cell)의 분화과정에서 제 2 형 조력 T 세포보다는 제 1 형 조력 T세포 방향으로 유도함으로써 IL-2, IFN-gamma가 증가하고, IL-4에 의해 유도되는 IgE 생성을 감소시킨다는 설이 유력하다.

DNA Vaccine

   1990년 Wolff 등이 plasmid DNA를 동물에 직접 주입했을 때 단백질이 만들어지며, 이렇게 생성된 소량의 단백질이 항원으로 작용해 면역 반응이 유도된다는 결과를 발표하면서 DNA 백신에 대한 연구가 시작되었다.¹⁾²⁾ 
   DNA 백신은 기존의 백신과는 달리 단백질이 아닌 유전정보체인 DNA 자체를 사용한다는 특징을 가지고 있다.³⁾ DNA 백신은 live attenuated 백신과 같이 항원이 세포 내에서 발현되는 특징을 가지고 있지만, 병원체 전체를 이용하는 것이 아닌 방어면역을 유발하는데 중요한 부분만을 포함하고 있기 때문에 감염에 대한 위험성이 없다.
   면역요법 후 일어나는 면역반응이 기존의 단백질 항원과 DNA 백신에서 차이가 있는데 기존의 단백질 항원을 이용한 경우 외부에서 만들어진 항원이 Major histocompatibility antigens(MHC class II molecules)을 통해 제시되고 CD4^＋ T세포의 활성화를 유도하여 항체나 effector cell system을 활성화시키나, DNA 백신에서는 항원이 세포내부에서 발현되어 MHC class I molecules을 통해 제시되고 CD8^＋ 세포독성 T세포(cytotoxic T cell)의 반응을 유도하여 세포성 면역을 유도하게 된다. 이때 항원이 세포내부에서 발현된다는 것은 면역학적으로 중요한 의미를 갖게 되는데 이는 cytotoxic T lymphocyte(CTL)을 활성화시킬 수 있기 때문이다.⁴⁾
   세포내에서 발현된 항원은 major histocompatibility antigens(MHC class I molecules)에 제시될 수 있기 때문에 CTL을 비롯한 세포성 면역 반응을 효율적으로 유도할 수 있는 것이다. 이러한 세포성 면역은 virus와 같은 intracellular pathogen을 제거하는데 필수적인 면역 반응으로서 HIV나 HCV 등 현재 치료하기 어려운 바이러스에 대해 이러한 면역반응을 높이기 위한 연구가 많이 진행되고 있다.⁵⁾⁶⁾⁷⁾ 또한 항체반응은 주로 세포외부에서 병원균을 제거하는 역할을 주로 수행한다. 따라서 효과적으로 숙주 내에서 병원균을 제거하기 위해서는 세포성 면역반응과 함께 항체반응의 유발이 필요하다. 최근의 보고에 따르면 세포 내에서 발현된 단백질이 외부에서 유입된 단백질보다 효과적으로 MHC class II molecule에 제시된다고 한다. 그러므로 DNA를 동물에 주입했을 때 대부분의 DNA는 세포로 들어가지 못하고 극소수만이 세포내에서 발현됨에도 불구하고 높은 항체반응을 유발할 수 있는 이유는 여기에 있다.³⁾⁴⁾ 이러한 면역학적 특성과 안전성 때문에 DNA 백신이 여러 질병을 치료하고 예방하는데 큰 기대를 모으고 있다.

DNA 백신의 면역증강

   Freund 등⁸⁾이 결핵균의 DNA가 면역증강효과와 관련이 있다고 발표한 후 여러 실험에서 주로 CpG motif(5'-purine-purine-Cytosine-Guanine-pyrimidine-pyrimidine-3')를 포함하고 있는 6가지의 합성 oligonucleotides에서만 B 세포에서 INF-gamma의 생성을 유도하고 NK 세포의 활성화를 촉진시킨다고 하였다. DNA 백신의 면역 활성은 백신벡터가 존재하는 박테리아 DNA sequence인 CpG-motif에 의해 더욱 강화되는데 이 짧은 DNA sequence를 고등동물의 면역체계가 이 물질로 인식하여 면역 반응을 유발하게 되는 것이다.⁹⁾¹⁰⁾
   CpG motif는 immunostimulatory sequence로서 비메틸화된 형태로 주로 세균의 DNA에 많이 분포하고 있다. 척추동물의 DNA에도 CpG motif가 존재하나 대부분 메틸화된 형태이며 적은 양이 분포한다. 비메틸화된 CpG motif는 면역항진능력이 있어 림프구의 증식을 유도하지만 메틸화된 CpG motif는 그렇지 못하다.
   CpG motif를 포함하는 oligodeoxynucleotides를 CpG-ODNs라고 하며 면역항진능력이 있어 ISS-ODNs(immunostimulatory oligodeoxynucleotides)라고도 한다.
   현재까지 알려진 바에 따르면, 중요한 항원제시세포(antigen presenting cell)인 B cell과 macrophage, dendritic cell이 비메틸화된 CpG-motif에 의해 직접 활성화되며, 이러한 항원제시세포에서 분비하는 cytokine이나 costimulatory molecule 등에 의해 방어면역반응에 중요한 역할을 수행하는 natural killer(NK) cell이나 cytotoxic T lymphocyte(CTL) 등이 2차적으로 활성화된다고 보고 되었다.^11)12)13) 
   비메틸화된 CpG-motif를 포함하는 DNA에 의한 면역활성의 중요한 특징은 T helper type 1(Th1)의 면역반응을 유발하는 것인데, Th1 면역반응은 IL-12나 IFN-gamma 등과 같은 cytokine을 분비하며 세포에 감염하는 바이러스나 암 등의 제거에 중요한 역할을 수행하는 CTL 반응을 일으킬 수 있다.¹⁴⁾ DNA백신은 세포내에서 항원을 발현하여 항원에 특이적인 면역반응을 유발하고 또한 unmethylated CpG-motof에 의해서 유도되는 면역반응을 크게 강화할 수 있는 특징을 가지고 있다.

DNA 백신의 투여경로

   DNA 백신의 대부분은 피하주사 혹은 근육주사로 투여되나, 일부에서는 혈관 혹은 비강내로 투여 후에도 면역반응이 일어남을 관찰하였다.
   Oh 등은 비록 간이나 뇌등의 조직에 분포되어 부작용의 문제가 있기는 하지만 비강 내 투여경로는 DNA 백신이나 다른 치료유전자(therapeutic genes)의 유망한 비 침습적인 경로라고 생각하며, 특히 임프절에 상당한 분포나 발현됨을 보아 비강내 투여가 전신적 반응을 유발시키는데 적절한 경로¹⁵⁾라고 하였고 Musacchio 등(2001)은 naked DNA보다는 DNA-Opc protein complex가 비강 내 투여시에 더욱 효과가 있는 것으로 보고하기도 하였다.

DNA 백신의 이용

   생체 내에서 바이러스나 암을 제거하기 위해서는 CTL 등의 세포성 면역 반응이 중요하게 작용하는데, DNA immunization 방법은 예방백신으로서 큰 가능성을 가지고 있어 기존에 이미 백신이 개발되어 있는 여러 바이러스에 대한 새로운 백신으로서의 이용뿐만 아니라 치료가 어렵거나 불가능하고 현재 백신이 없는 말라리아나 AIDS 바이러스에 대해서도 백신으로 이용하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 치료용 백신으로 이용하기 위해서도 결핵균, HBV, HIV 등에 대해서도 연구가 진행되고 있다.¹⁶⁾
   한편, 많은 종류의 암에서 암 특이 항원(tumor-specific antigen)이 발견되었는데, DNA immunization 방법은 이러한 암 특이 항원을 DNA에 삽입한 후 생체에 바로 주입하여 암 특이 항원에 대한 면역 반응을 촉진시켜 암을 제거하려는 연구가 지속되고 있다.¹⁶⁾
   또한 면역치료제로의 연구들도 많이 진행되고 있는데 Autoimmune disease인 multiple sclerosis를 치료하기 위한 동물실험이 진행되어 성공적인 결과를 얻었는데, autoimmume attack에 관여하는 세포들을 선택적으로 제거함으로써 autoimmune disease를 치료할 수 있었다. Allergy는 외부 물질에 대한 인체의 면역반응, 특히 IgE와 Th2 면역반응에 의해 유발되는데 DNA로 allergen에 대해 IgE 반응 대신 Th1 반응과 IgG 반응을 유발시킴으로써 allergy 반응을 억제시킬 수 있다. 생쥐모델에서 주요 allgen인 house dust mite에 대한 실험결과 DNA immunization 방법으로 allergy 반응을 크게 억제시킬 수 있었고^16)17)18)19) 다른 allergen에 대해서도 많은 실험이 진행되고 있다.

DNA 백신의 부작용

   Plasmid DNA의 투여장소에 발생할 수 있는 염증반응과 면역 주사시 알레르겐에 감작되어 있는 경우 아나필락시스, 자가면역질환의 발생, septic shock 등과 같은 부작용이 일어날 수 있는 가능성에 대한 연구가 필요할 것으로 기대되며, 이런 부작용을 줄이기 위해 투여경로를 변화하거나 알레르겐과 CpG-ODNs를 conjugation시키는 방법이 연구되고 있다.

맺음말

   유전자 치료법은 안정적이고 생산비용도 저렴하고, 기존의 치료법에 비해 보다 효율적인 세포면역을 유도, 조절할 수 있다고 보고되고 있으며, 현재 HIV를 비롯하여 기관지 천식, HBV, 말라리아, 독감, 암에 대한 임상시험이 진행되고 있다.
   이비인후과 영역에서의 알레르기 비염은 대부분 외부물질(항원)에 대한 인체의 면역반응 특히 IgE와 Th2 면역반응에 의해 유발되는데, DNA백신으로 Th1반응과 IgG 반응을 유발시킴으로써 allergy 반응을 억제시킬 수 있다. 여러 동물실험에서 우리나라에서 흔한 알레르기 원인항원인 집먼지 진드기에 대한 실험결과, DNA 백신 치료법이 알레르기 반응을 억제시킬 수 있다고 보고되었으며 현재 다른 allergen에 대하여도 연구가 진행 중이다.
   그러므로 유전자 치료법은 새로운 치료법으로 사용될 수 있으리라고 기대되어진다.

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