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피부 미생물: 현대사회에서의 피부 환경에 미치는 영향

피부 장벽이 제대로 기능한다는 것은 인간 건강에 꼭 필요한 부분이다. 피부 장벽의 구성요소인 각질층의 Keratinocyte는 외부환경이 변화할 때 호르몬, 신경전달물질 Cytokine 등을 생산하여 몸 전체의 적응을 하는데 중요한 역할을 한다. 이런 역할을 하는데 있어서, 피부 미생물은 Keratinocyte가 성숙하는데 도움을 주고, 몸 전체의 면역 체계를 조절하는데 영향을 미친다. 그러므로, 피부에서의 미생물의 변화는 피부 질환뿐 아니라, 다른 염증질환(non-communicable diseases, NCD)를 일으킬 수 있다. 실제로, 각질층에서의 미생물의 교란(disturbance)는 피부 알러지, 건선, 홍조, 여드름, 피부노화 등과 연관이 있다고 알려져있다.

배경

피부는 외부 환경과 제일 먼저 마주치는 경계로서, 피부의 생태계는 여러 조직과 면역체계와 상호작용하며 우리 몸 전체의 건강과 기능들에 영향을 미친다. 실제로, 어린 아이들의 면역 형성에 미생물들의 접촉이 중요한 역할을 한다는 연구결과가 있다. 따라서, 이러한 자연적인 환경과의 접촉이 줄어드는 것은 피부의 생태계와 인간의 건강에 영향을 줄 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 장내의 미생물만큼 피부에서의 미생물도 중요하다고 할 수 있다.

 피부 미생물의 역할

인간의 피부에 주로 서식하는 4가지 종은 다음과 같다. Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria와 Actinobacteria. 하지만, 한 개체 속에서도 피부 미생물 조성은 그 환경마다 굉장히 다양하다. 가령, 유분기가 많은 지역은 Propionibacteria와 Staphylococci 종이 많이 서식하고, 수분이 많은 지역은 Corynebacteria와 Staphylococci 종이, 건조한 지역은 여러종과 함께 beta-Proteobacteria와 Flavobacteriale종이 주로 서식한다. 이와같이, 개인마다 다르고, 그 개인마다의 영양상태, 건강, 나이 그리고 주위 환경 등에 따라서 달라질 수 있다. 

Firmicutes 균 중에서도 Staphylococcus epidermidis는 호기성 환경에서의 90% 이상을 구성한다. 이 박테리아는 항염증 작용을 가지고 있고, Staphylococcus aureus 균주 등 병원성 세균이 번식하는 것을 막는 장벽의 역할을 돕는다. 이의 작용 기전은 항세균성 펩타이드인 Bacteriocins을 생산하여 염증물질인 cytokine 생성을 막고, 또한 tight junction 단백질의 발현을 돕는 방식으로 피부 장벽을 단단하게 하여 면역작용에 도움을 준다. 이러한 작용들은 keratinocyte와 다른 면역 세포(toll-like receptor 등)에 있는 선천적 면역 수용체들(Innate immune receptors)을 매개로 하여 이루어진다. 그러므로, 다른 장기와 같이, 피부의 선천적 면역계는 인간과 미생물의 상호작용으로 인해 이루어진다고 할 수 있고, 이는 피부 면역의 항상성 컨트롤에 중요한 요소라고 할 수 있다(Fig. 1).

Fig. 1. 피부에 작용하는 외인성 요인과 내인성 요인 및 피부 미생물의 작용 : 호르몬, 신진대사, 면역의 조절

알러지 질환에서의 피부장벽 파괴

습진은 알러지 반응의 가장 빈번하고, 표피의 장벽이 무너짐과 가장 연관이 있는 질병이다. 또한, 무너진 피부장벽은 알러지 유발물질에 대해서 감수성을 증가시킨다. 실제로, 심한 조기 습진을 앓고 있는 아이들은 Ig E(Immunoglobulin E)의 감수성이 증가된다. 이는 알러지를 일으키는 항원이 무너진 피부장벽의 기저 구조물을 통해서 이동하면서 발생한다. 습진은 프로필라그린(피부장벽의 구조장벽을 유지하는 단백질)을 기록하는 FLG 유전자의 돌연변이와 연관이 있다고 알려져있다. 피부에 Corynebacterium jeikeium이 풍부한 사람은 FLG 유전자의 마이너한 대립유전자(allele)를 가지고 있다. 물론, 유전자 돌연변이가 표피에 영향을 줄지라도, FLG 유전자 하나만으로는 전세계적으로 습진과 알러지 증세가 증가되는 현상을 충분히 설명할 수는 없다. 실제로, 쌍둥이를 이용한 실험에서 피부 미생물은 유전적인 면과 환경적인 면이 복합적으로 작용하여 피부 장벽의 기능에 영향을 준다는 것을 말해주고 있다.

Staphylococcus aureus의 군집화(colonization)와 줄어든 미생물의 다양성은 습진을 가진 90%이상의 환자에게서 관찰된다. 특히, 피부에서 S. aureus 는 serine protease를 형성하여, S. aureus의 생물막(biofilm)을 파괴하는 역할을 하는 S. epidermidis의 사멸을 유도한다. 이는 S. epidermis를 포함한 staphylococci 종이 습진 증상이 있는 유아에게서 감소한다는 이유를 설명해줄 수 있다고 할 수 있다. 따라서, 습진환자에게서 피부장벽을 개선시키는 것과 피부에서의 S. aureus균을 줄이는 것은 습진 개선과 큰 연관이 있다고 할 수 있다. 이에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다. 하지만 위의 연구내용을 종합하면 습진환자에게 S. epidermidis 와 같은 protective strain을 주입시키는 것은 좋은 전략일 수 있다.

최근 metagenome(어떤 환경내에 존재하는 미생물들의 총체적인 게놈) 서열화를 이용한 연구는 습진에 쉽게 걸리는 환자와 건강한 환자를 대상으로 시행되어 왔다. 습진 환자에게서 피부의 pH가 알칼리성으로 변하는 등 Metabolic적으로 불균형하게 하는 원인이 미생물의 유전자의 변형과 연관이 있다는 결과를 보여주었다. 이러한 변화는 어떻게 피부의 미생물 환경과 면역계가 서로 상호작용하는지를 말해준다.

 지금까지 인식되지 않았던 피부의 이러한 기능들은 피부가 환경의 변화에 적응하고, 피부미생물의 역할(독립적으로, 혹은 장내 미생물과 상호작용하며)에 대해 의문을 갖게 하는 중요한 역할을 했다고 할 수 있다. 피부에서의 미생물의 역할은 단지 피부에서만의 역할이 아니라 몸 전체를 아우르는 역할을 한다고 할 수 있다.

 이미 피부 미생물이 병원균 침입을 막고, 염증반응 억제와 면역 증강 및 항상성, T cell의 분화, 혈관 신생성 등에 관여하며 선천적 면역과 후천적 면역에 관여한다는 사실은 자명하다. 실제로, 피부에 미생물이 존재하지 않는 쥐에서는 공생하는 미생물이 없어 cytokine의 현저한 생산증가뿐만 아니라 종양억제인자(TNF)의 기능이 떨어지는 것을 관찰할 수 있다.

피부의 미생물들이 영향을 주는 국소적인 면역물질의 생성은 피부에만 국한되지 않고, 우리 몸 전체의 면역에 영향을 미친다. 비병원성 세균(Acinetobacter 등)이 많은 시골의 환경에서의 노출은 인간에게 알러지반응을 억제하는 것과 관련이 있다고 밝혀져있다. 특히, 임신했을 때의 어머니으로부터의 세균 노출도 자식의 알러지반응의 감소와도 연관되어 있다. 독일의 시골지역에서 분리한 Acinetobacter lwoffii를 임신한 동물에게 코로 투여했더니, 자손세대에서 알러지반응의 일종인 천식이 발생하는 것(asthmatic phenotype)을 예방할 수 있다는 연구결과가 있다. 이는 미생물이 유도한 IFN gene의 변화로 인한 Type 1 T helper(Th1) cell의 영향이라고 알려졌다. 동물모델에 열로 약독화한 A. lwoffii를 피부내로 주입하는 것은 Th1 cell과 항염증효과를 가지는 IL-10이 알러지와 폐염증에 방어효과를 가진다. 이건 피부에 공생하는 미생물이 우리 몸 전체의 면역계 반응을 조절한다는 것을 알려주는 명백한 증거이다.(Fig 2.)

이런사실들을 비추어보면, 피부점막과 공생하는 미생물은 깊은 연관을 가지고 있다고 할 수 있다.

피부면역력에 영향을 미치는 요인들

사람이 만지고 숨쉬고 먹고 마시는 등 접촉하는 모든 것은 미생물 생태계를 반영한다. 물론 피부도 마찬가지다. 미생물이 군집화(colonization) 하는데 있어서, 모든 나이에서 환경적인 조건은 영향을 받지만, 특히 어릴 때, 표면과 면역계가 형성되는 시기에 큰 영향을 받는다(Fig. 3).

Fig. 3. 어린 시절은 미생물과 면역반응 형성에 있어 가장 중요한 시기라고 할 수 있다. 이시기에 영향을 주는 요인들을 이해하는 것은 질병 예방에 도움을 줄 수 있다.

그렇기 때문에, 임신하고 있을 때, 산모의 미생물 환경은 태아의 미생물 군집화에 영향을 주며, 이는 영양상태나 심리상태 뿐만 아니라, 항생제와 같은 약물에 의해서도 영향을 받는다. 또한, 태아의 피부 군집화는 산모의 호르몬, 주로 피지 분비 등에 영향을 주는 것에 영향을 받을 뿐더러, 분만방법도 신생아의 군집화에 큰 영향을 받는다. 자연분만의 경우, 산모의 질 속의 세균을 접촉하기 때문에, 제왕절개(C-section)으로 분만한 아이에서 staphylococcus균이 많이 분포하는 것과는 다른 미생물 분포를 가진다.

인간의 미생물 환경을 개선시킬 수 있는 방법은 전적으로 환경과 개인적인 요인에 달려있다. 항생제의 과다사용은 인간이 자연세계에 영향을 미칠 수 있다. 항생제 과다사용으로 인한 내성균이 발생한다면, 이 내성균으로 인해 인간 건강에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 이런 현상은 특히 신생아와 같은 아직 면역체계가 발달되지 않은 대상에게 더 치명적일 수 있다. 그러므로, 이런 취약 대상에게 항생제투여가 필요한 상황이라면, 항생제 단독으로 투여하는 것보다는 유산균과 프리바이오틱스(유산균의 먹이)를 같이 투여해주는 것이 좋다. 또한, 목욕습관도 피부 미생물에 영향을 줄 수 있다. 위에서 언급된 것처럼, 과도한 계면활성제 사용은 자제하는 것이 좋다.

Glucomannan과 같은 프리바이오틱스를 복용하는 것은 병원성 세균이 번식하는 것을 막아줄 수 있어서 여드름의 병변 개선 및 알러지 개선에도 효과가 있다는 연구 결과도 있다. 이와 함께 유산균을 섭취하는 것만으로도 코 장벽의 미생물을 비롯한 피부에도 영향을 줄 수 있다.

대변에서 미생물을 추출해서 피부에 이식하는 방법도 있다. 실제로 아토피를 유도한 동물모델에서, 인간의 대변에서 추출한 미생물을 이식하였더니, 피부 장벽을 강하게 할뿐더러, 면역체계를 강하게 해줄 수 있다는 연구결과가 있다. 실제로, 피부진정화장품에 비병원성 세균인 Vitreoscilla filiformis를 같이 피부에 적용시켰더니, 피부 미생물 환경을 개선시켜줄 뿐만 아니라, 기능도 개선시키고 심지어는 습진발생빈도도 줄여주었다고 한다.

결론

피부에서 공생하는 미생물은 우리 몸 전체에 영향을 준다. 만약 피부 미생물이 비정상이라면 피부 발달에 장애를 가져올 수 있고, 이는 결국 국소적인 면역체계부터 우리 몸 전체의 면역의 장애, 가령 알러지나 습진 등에 기여할 수 있다. 이런 작용기전을 이해하는 것이 염증성 피부질환을 비롯한 우리 몸 전체의 상태에 관련된 질병을 예방하거나 치료하는데 도움을 줄 수 있다.

피부 미생물은 사람이 사는 기본적인 환경의 기후변화나 빠른 도시화, 환경 파괴로 인한 생물다양성 감소의 영향을 크게 받는다. 우리는 이러한 외부환경의 영향을 벗어나지 못하는 것은 당연한 사실이라, 이로 인한 염증성 질환이 늘어나고 있다. 앞으로는 반드시 외부 환경에 친화적인 방향으로 나아가야함은 분명한 사실이다. 이를 위해서는 외부환경과 인간과 공생하는 미생물과의 관계를 확실하게 이해하고 있어야하고, “자연과 함께 나아가는(forward with natrue)”자세가 필요할 것이다.

참고자료