HSP70은 DAMP인가? 2000년 Asea 논문으로 본 TLR4–DAMP 개념의 출발점

왜 이 논문이 중요한가

2000년 Alexzander Asea 등의 연구는 열충격단백질 70(heat shock protein 70, HSP70)이 세포 외부에서 염증성 사이토카인을 유도할 수 있음을 보여주었습니다.

이 연구는 단순히 “HSP70이 면역을 자극한다”는 관찰을 넘어서, 내인성 단백질이 선천면역 수용체 경로를 통해 작동할 수 있다는 가능성을 제시했습니다.

이 시점은 DAMP(damage-associated molecular pattern) 개념이 본격적으로 형성되기 직전의 중요한 전환기였습니다.

HSP70은 세포 밖에서 무엇을 하는가

논문 1페이지에서는 HSP70이 인간 단핵구(monocyte) 표면에 고친화도로 결합한다고 보고합니다.

형광현미경과 공초점현미경 분석을 통해, HSP70은 4℃에서 세포막에 국한되어 결합하며 약 80–90%의 세포가 표면 결합을 보였습니다.

이는 HSP70이 단순히 세포 내 샤페론(chaperone)이 아니라, 세포 표면 수용체와 상호작용할 수 있는 외부 리간드임을 의미합니다.

HSP70은 LPS와 유사한 염증 반응을 유도한다

2페이지 실험에서는 7 nM 농도의 HSP70이 2–4시간 내에 TNF-α, IL-1β, IL-6를 유도함을 보여줍니다. 반응 강도는 지질다당체(lipopolysaccharide, LPS) 자극과 유사한 수준으로 제시됩니다.

또한 pronase 처리로 세포 표면 단백질을 제거하면 HSP70과 LPS 모두 TNF-α 유도가 사라졌습니다.

이는 신호가 세포막 수용체를 통해 전달됨을 의미합니다.

LPS 오염 가능성에 대한 통제

이 연구가 주목받은 이유 중 하나는 LPS 오염 가능성을 적극적으로 통제했다는 점입니다. polymyxin B와 lipid IVa는 LPS 반응은 억제했지만 HSP70 반응은 억제하지 못했고, Limulus assay에서도 endotoxin 농도는 0.01 ng/ml 이하였습니다. 또한 100℃ 열처리 시 HSP70 효과는 소실됐지만 LPS 효과는 유지되었습니다. 이런 결과는 관찰된 반응이 단순 LPS 오염만으로 설명되기 어렵다는 점을 뒷받침합니다.

NF-κB 활성과 칼슘 의존성 신호

3–4페이지에서는 HSP70이 I-κBα의 Ser32 인산화를 유도함을 보여줍니다.

이는 핵인자 카파 B(nuclear factor kappa B, NF-κB) 활성화를 의미합니다.

또한 HSP70 신호는 세포 내 칼슘 의존적이었습니다. BAPTA-AM 처리 시 HSP70 유도 반응은 억제되었지만 LPS 반응은 크게 영향을 받지 않았습니다.

즉, HSP70과 LPS는 일부 경로를 공유하지만 수용체 수준에서 다른 신호 특성을 보였습니다.

CD14의 관여

이 논문의 핵심 발견 중 하나는 CD14의 역할입니다.

CD14를 발현하지 않는 U373 세포에서는 HSP70이 IL-1β와 IL-6을 유도하지 못했지만, CD14를 도입하면 반응이 회복되었습니다.

또한 항-CD14 항체 처리 시 HSP70 유도 IL-6 생성이 억제되었습니다.

당시 논문에서는 직접적으로 TLR4를 언급하지 않았지만, 이미 1998년 연구에서 CD14–TLR4 복합체가 LPS 신호 전달에 필수적임이 알려져 있었습니다.

따라서 이 결과는 이후 TLR4–DAMP 개념으로 확장되는 중요한 단서가 되었습니다.

DAMP 개념 형성의 전환점

이 논문이 발표된 2000년은 TLR4가 LPS 수용체로 확립된 직후였습니다.

HSP70 연구는 “감염이 없어도 손상된 세포 유래 자기 단백질이 선천면역을 활성화할 수 있는가?”라는 질문을 본격화했습니다. 이 문제의식은 이후 HMGB1, hyaluronan fragment, biglycan 연구로 확장되며 무균성 염증(sterile inflammation) 개념의 형성으로 이어졌습니다.

결론

2000년 Asea 등의 논문은 HSP70이 세포 외부에서 CD14 의존적 신호를 통해 NF-κB를 활성화하고 염증성 사이토카인을 유도함을 보여주었습니다.

이 연구는 내인성 단백질이 선천면역 수용체 경로를 자극할 수 있다는 개념의 출발점이 되었으며, 이후 TLR4–DAMP 모델이 정립되는 데 중요한 토대를 제공했습니다.

TLR4가 단순한 병원체 감지 수용체를 넘어, 조직 손상을 감지하는 수용체로 확장되는 과정의 첫 장면이 바로 이 논문이라고 평가할 수 있습니다.

참고문헌

Asea, Alexzander, et al. “HSP70 Stimulates Cytokine Production through a CD14-Dependent Pathway, Demonstrating Its Dual Role as a Chaperone and Cytokine.” Nature Medicine, vol. 6, no. 4, 2000, pp. 435–442. https://doi.org/10.1038/74697.

Poltorak, Alexander, et al. “Defective LPS Signaling in C3H/HeJ and C57BL/10ScCr Mice: Mutations in Tlr4 Gene.” Science, vol. 282, no. 5396, 1998, pp. 2085–2088.

Kol, Aviva, et al. “Heat Shock Protein (HSP) 60 Activates the Innate Immune Response: CD14 Is an Essential Receptor for HSP60 Activation of Mononuclear Cells.” Journal of Immunology, vol. 164, no. 1, 2000, pp. 13–17.