피부 생태계 마이크로바이옴의 기능 (피부장벽, 피부면역)

 

마이크로바이옴이란? 

인체에 서식하는 미생물(Microbe) 과 생태계(Biome) 를 합친 말로 우리몸속에 존재하는 미생물과 그 유전정보 전체를 일컫는 말입니다. 우리 몸속의 미생물은 DNA 나 지문처럼 사람마다 제 각각이며 끊임없이 변화하고 매우 다양한데, 이 중 많은수가 장에 있으며, 피부에도 상당수가 존재하며 장과 피부건강에 이르기까지 영향을 미칩니다.

스킨마이크로바이옴(피부생태계) 

유익한 미생물이 유해미생물로부터 피부를 보호하며 이렇듯 공생하는 미생물이 잘 분포되어 있으면 피부 면역력이 높아집니다. 피부의 유익균과 곰팡이 바이러스등이 밸런스를 유지하면서 군집을 이루는것을 피부마이크로바이옴 (피부생태계) 라고 합니다. 

피부에 사는 미생물의 종이 다양할수록, 생태계는 환경변화에 더 잘 견디고 전체적으로 안정적이고 균형잡힌 생태계를 더 잘 유지할 수 있습니다. 다양한 유익균이 많을수록 피부와 미생물의 상호작용이 잘 이루어지면서 단일 종이나 한 병원체가 과하게 성장하는것을 막을 수 있습니다. 이로써 건강한 피부를 위한 균형관계가 유지됩니다. 

피부 마이크로바이옴 구성 

대부분 박테리아로 이루어져있으며 주로 4가지 종류인 액티노박테리움(Actinobacteria 50%) , 피르미쿠테스(Firmicutes 30%), 프로테오박테리아 (Proteobacteria 15%) 및 박테로이데테스(Bacteroidetes 8%) 등으로 구성됩니다. 

피부부위별로 존재 비율이 다른데 습한부위 (겨드랑이, 배꼽, 사타구니, 발바닥) 에서 많이 발견되는 균주는 피르미쿠테스, 액티노박테리움이고 피지가 많은 부위인 얼굴에서는 큐티박테리움과 액티노박테리움이 높은 비율로 발견되며 건조한 피부부위인 팔뚝, 손, 엉덩이등은 가장 큰 다양성을 보인다. 

박테리아보다 비율이 낮지만, 피부에서 일반적으로 발견되는 곰팡이균은 말라세지아종, 크립토코커스종, 로도투룰라종, 아스퍼질러스종, 에피코컴종등이 있으며 말라세지아종이 전체 곰팡이의 80% 를 차지하여 가장 일반적으로 발견되어집니다. 데모덱스종은 주로 모낭에 서식하는 작은 진드기입니다. 

피부 마이크로바이옴 장벽기능 

피부에 존재하는 미생물은 다른 미생물들의 감염 및 군집화(colonization)를 억제할 수 잇는 능력을 가지고 있으므로 그 자체로 장벽기능을 수행할 수 있다. 피부 공생균인 스타필로코쿠스 호미니스는 특이적 화학작용을 통해 항생제를 생성할 수 있고, 병원성균인 황색포도상구균을 억제할 수 있는 특이적 능력을 가지고 있다. 또다른 피부공생균인 스타필로코쿠스캐피티스는 황색포도상구균의 비룰루언스팩터의 메커니즘을 억제할 수 잇는 특이적 능력을 가지고 있는것으로 알려진다. 스타필로코쿠스로그두넨시스는 로그두닌이라는 물질을 분비할 수 잇는데 이 물질은 피부각질세포를 자극하여서 항균펩타이드의 발현을 증가시킬 수 있고 홍중구를 모집할 수 잇는 케모카인인 CXCL8의 발현을 증가시킬 수 있다. 즉 피부미생물이 항생제와 같은 물질을 자체적으로 분비함으로서 다른병원성 미생물의 성장을 억제할 수 잇는 미생물 장벽으로써 기능을 가질 수 있다는것을 보여준다. 

피부 마이크로바이옴 물리적 장벽기능

피부에 존재하는 미생물은 표피층뿐만 아니라 모낭, 땀샘, 피지선 등에도 군집화 되어 있다 [1]. 각질층에 존재하는 피부 미생물들이 각질 세포에 존재하는 아릴탄화수소 수용체(aryl hydro-carbon receptor, AHR)를 활성화시킴으로써, 각질 세포들의 말단 분화를 매개할 수 있다는 연구가 있다 [18]. 또한 각질층을 구성하는 요인인 다양한 지질 성분들에는 세라마이드(ceramides), 지방산(fatty acids), 콜레스테롤(cholesterols) 등이 있는데, 이들은 물리적 장벽으로써 역할을 하고 있다. 피부 각질층에 많이 존재하는 공생균인 표피 포도상구균(Staphylococcus epidermidis, S. epidermidis)은 스핑고마이엘리나제(sphingomyelinase)를 분비함으로써 피부 장벽 기능에 중요한 각질층의 세라마이드(ceramides) 생성을 유도할 수 있다 [19]. 따라서, 이러한 연구들은 피부 미생물이 피부의 정상적인 분화를 매개할 수 있고, 피부를 구성하는 지질 생성에 도움을 줄 수 있다는 것을 보여준다.

피부마이크로바이옴 화학적 장벽기능 

우리 피부는 산성 표면(pH 4.2~7.9)을 특징으로 하는데, 이는 병원성 미생물들의 군집화를 억제할 수 있는 화학적 장벽으로써 기능을 가진다 [1]. 이러한 피부의 화학적 장벽 기능을 지지하는 피부 미생물인 코리네박테리움 아코렌스(Corynebacterium accolens)는 리파아제(lipases)라는 효소를 분비함으로써, 각질층의 트리글리세리드(triglycerides)로부터 유리 지방산(free fatty acids)을 가수 분해하여 증가시킬 수 있는데 [20, 21], 이 유리 지방산(free fatty acids)은 폐렴구균(Streptococcus pneumoniae) 등 병원균 박테리아를 직접적으로 억제할 수 있고, 또 항균 펩타이드(antimicrobial peptides)의 발현을 증가시킴으로써 피부 면역 반응을 더욱 강화시키는데 도움을 줄 수 있다 [20, 22].

피부마이크로바이옴 면역학적 장벽기능 

피부에 존재하는 미생물은 직접적으로 또는 그들의 대사 물질들을 분비함으로써 숙주 세포와의 상호 작용을 할 수 있는 것으로 알려진다. 피부 미생물은 숙주 세포로부터 천연 항생제로 작용하는 항균 펩타이드(antimicrobial peptides) 및 단백질의 생성을 유도할 수 있는데, 이는 피부의 면역 반응을 강화시키는데 도움을 줄 수 있다 [1]. 피부 미생물이 숙주 세포의 톨라이크 수용체(toll-like receptors, TLRs)를 활성화 시킴으로써, 카셀리시딘(cathelicidin) 단백질의 잘린 단편인 항균 펩타이드(antimicrobial peptides) LL-37의 발현을 증가시키는데 도움을 줄 수 있다 [23]. 그리고, 항균 단백질인 카셀리시딘(cathelicidin) 이외에, 피부 세포는 베타-디펜신 패밀리(β-defensin family)를 발현함으로써, 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli) 및 황색 포도상구균(S. aureus)에 대한 항균 작용을 할 수 있다 [1].
칸디다 알비칸스(Candida albicans)의 효모 형태 및 그 필라멘트는 피부 세포의 면역 반응을 유도 할수 있는 것으로 알려져 있다 [24]. 표피 포도상구균(S. epidermidis)은 박테리아 표면에 존재하는 특정 글라이칸(glycan)을 이용해서 숙주의 선천적 면역 세포(innate immune cells)에 존재하는 C형 렉틴(C-type lectin)과 결합하여 T 세포를 활성화시킬 수 있다 [25].
피지선은 그람 음성균의 리포폴리사카라이드(lipopolysaccharide)에 반응하여 작은 프롤린(proline)이 풍부한 단백질인 SPRR1 및 SPRR2를 생성함으로써, 음전하를 띤 박테리아 막을 직접적으로 파괴하는데 관여할 수 있다 [26]. 또한 피부 세포는 광범위한 항균 작용을 가진 수많은 양이온성의 단백질을 생산함으로써, 환경에서 마주치는 다양한 미생물들에 대한 방어 기전을 직접적으로 수행할 수 있다 [27].
호기성 박테리아 큐티박테리움　아크네스(Cutibacterium acnes, C. acnes)는 트리글리세리드(triglycerides)의 글리세린(glycerin)을 환원시켜서, 단일 지방산(short chain fatty acids, SCFAs)을 생성할 수 있다. 이 단일 지방산(SCFAs)은 히스톤 탈아세틸라아제(histone deacetylases, HDACs)를 억제하여 숙주의 면역 반응을 조절할 수 있기 때문에, 단일 지방산(SCFAs)은 피부에서 염증 반응을 유발할 수 있다 [28]. 큐티박테리움　아크네스(C. acnes)에서 유래된 단일 지방산(SCFAs)은 톨라이크 수용체(TLRs)를 매개하여 히스톤 탈아세틸라아제 HDAC8과 HDAC9을 억제하고, 염증 반응을 촉진시킬 수 있다 [29]. 피지선에 존재하는 큐티박테리움 아크네스(C. acnes)에서 유래된 유리 지방산(free fatty acid)은 그 수용체를 활성화시킴으로써, 숙주의 염증 반응을 더욱 증가시킬 수 있다 [30].
또한, 피부 미생물이 후천적 면역 세포(adaptive immune cells)의 피부로의 침투 및 자극에 중요한 역할을 할 수 있다. 병원성 미생물 및 공생 미생물은 피부에서 상주 기억 T 세포(resident memory T cells)를 자극할 수 있다. 유아기 초기에는 피부 공생균인 표피 포도상구균(S. epidermidis)이 조절 T 세포(Tregs)의 피부로의 유입을 증가시키는데 도움을 줄 수 있다 [31]. 미생물들은 모낭 각질 세포에서 케모카인(chemokines)의 생성을 유도하여, 조절 T 세포(Tregs)의 피부로의 침투를 유도할 수 있고, 동시에 모낭의 발달에 도움을 줄 수 있다 [31, 32]. 조절 T 세포(Tregs)와 함께 다른 많은 면역 세포 집단은 모낭과 인접하여 존재하며, 성장 기간 동안 노출될 수 피부 미생물 항원들에 특이성을 가질 수 있다 [32].
또한, 유아기의 특정 발달 기간 동안에 점막-관련 불변 T 세포(mucosal-associated invariant T cells, MAIT)의 발달이 이루어진다. 박테리아와 곰팡이에 의해서만 생산될 수 있는 비타민 B2 대사산물이 점막-관련 불변 T 세포(MAIT)의 발달에 필수적인 것으로 알려져 있다. 점막 부위에서 흉선(thymus)으로 유입된 비타민 B2의 박테리아 대사 물질인 5-(2-옥소프로필리덴아미노)-6-드리비틸아미노우라실 [5-(2-oxopropylideneamino)-6-Dribitylaminouracil]에 노출이 되면 흉선(thymus)에서 점막-관련 불변 T 세포(MAIT)의 확장이 일어나고, 나중에 이 세포는 피부 및 점막 부위로 이동할 수 있다 [33, 34].
그리고, 미생물 표면 분자들도 숙주에 대한 후천적 면역 반응을 유도할 수 있는데, 정상 상태에서 코리네박테리움(Corynebacterium)의 표면에 존재하는 미콜산(mycolic acid)은 특정 사이토카인인 IL-23 의존적 방법으로 감마-델타 T 세포(γδ T cell) 수를 피부에 증가시킬 수 있다. 하지만, 이러한 상호 작용은 고지방 식단이 대신 피부의 염증 반응을 촉진할 수도 있다 [21]. 따라서, 이러한 연구들은 미생물 노출에 따라 피부의 면역 반응이 다양한 영향을 받을 수 있다는 것을 보여 준다.

 

 

 

출처 : 피부 마이크로바이옴 연구동향