LPS의 면역반응에 대해서는 간단히 알아두시면 좋습니다.

LPS가 패혈증을 일으킨다

LPS가 패혈증의 원인의 전부는 아닙니다만, 많은 연구가 LPS를 중심으로 이루어지고 있습니다. 막상 패혈증을 일으키는 균이 LPS를 가진 그람음성균이 아니라 그람양성균이라는 이야기도 있지만, 그람양성균의 면역반응은 좀 약한 편이기 때문에 환자의 혈액에서 발견된 것과는 상관없이 LPS가 중요하지 않을까 생각합니다.

LPS의 TLR4 결합 과정

LPS가 중요하기 때문에 이것이 어떻게 해서 면역반응을 일으키는 지에 대해서 많은 연구가 있었습니다. 특히 그 과정 하나 하나를 잘 연구한 것이 국내 연구진을 통해서 밝혀진 바가 있습니다. 바로 아래 그림인데 LPS를 이해하는 데 참 도움이 되는 그림입니다.

그람음성균의 세포벽의 외막에는 LPS가 존재하는 데 이것이 떨어져 나오면 LPS를 인식하는 단백질인 LBP(LPS 결합 단백질)에 우선 결합을 합니다. 그 다음에는 LBP와 세포막에 있는 CD14이라는 단백질과 또 정전기적으로 결합을 하게 됩니다. 그런데 이 과정에서 LBP에 결합한 LPS가 CD14에 전달되게 됩니다. 그럼 이번에는 CD14-LPS 결합체가 되는데, 이것이 TLR4-MD2 결합체와 결합하게 되고, 최종적으로는 LPS-MD2-LPS 결합체가 만들어지게 됩니다. 즉, TLR4는 LPS의 수용체라고 알려져 있지만, 처음부터 바로 결합하는 것이 아니라 여러 단계를 통해서 결합하게 됩니다.

LPS가 TLR4에 결합한 이후의 면역반응

위의 그림은 TLR4에 LPS가 결합할 경우, 탐식작용이 일어나서 세포질로 이동하는 과정에서 세포막에서 보내는 신호전달과 세포질로 이동한 후의 신호전달이 다르다는 것을 보여주는 그림입니다. 중요한 것은 세포막에서는 염증신호를 내보내서, 주변의 면역세포를 불러들이고, 세포질 안에서는 인터페론 신호를 내보내서 균을 죽이는 것을 돕도록 합니다.

일반적으로 세포막에서 신호를 보낼 때 TLR4에 결합하는 물질이 MyD88 이기 때문에 MyD88 신호라는 말을 많이 하고, 최종적으로 NF-kB가 핵 안으로 들어가서 염증성사이토카인을 전사시키도록 하기 때문에 NF-kB 도 잘 알아둘 필요가 있습니다.

LPS가 위험한 이유

LPS가 다른 물질보다 위험한 이유는 아주 낮은 농도에서도 세포막에 결합해서 염증신호를 보낼 수가 있고, 이 농도에서는 탐식작용이 잘 일어나지 않기 때문입니다.

결국 LPS가 어느 정도 농도가 되기 전까지는 탐식작용이 잘 일어나지 않는데, 문제는 탐식작용이 일어난다고 해도 세포막에 있는 LPS가 전부 제거되는 것이 아니고 일부가 남아있기 때문에 오랫동안 염증을 유발할 가능성이 높습니다.

참고자료

그림1 원본 출처 : Ryu, J.-K., Kim, S. J., Rah, S.-H., Kang, J. I., Jung, H. E., Lee, D., Lee, H. K., Lee, J.-O., Park, B. S., Yoon, T.-Y., & Kim, H. M. (2017). Reconstruction of LPS Transfer Cascade Reveals Structural Determinants within LBP, CD14, and TLR4-MD2 for Efficient LPS Recognition and Transfer. Immunity, 46(1), 38–50. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2016.11.007

그림2 원본 출처 : Firmal, P., Shah, V. K., & Chattopadhyay, S. (2020). Insight Into TLR4-Mediated Immunomodulation in Normal Pregnancy and Related Disorders. Frontiers in Immunology, 11, 807.