피부 결함 치유 및 흉터에 관여하는 피부의 주요 기능 단위

접착 분자는 많습니다. 이들은 모두 세포가 움직일 수 있는 지지 네트워크를 형성하고, 세포막 표면의 특정 수용체에 결합하여 사이토카인, 성장 인자, 일산화질소 등의 매개체를 통해 서로 정보를 전달합니다.

기저 각질세포

기저 각질형성세포는 표피의 모세포로서 모든 상피세포를 생성하는 역할을 할 뿐만 아니라, 이동성이 뛰어나고 강력한 생체 에너지 시스템이기도 합니다. 상피세포 성장 인자(EGF), 인슐린 유사 성장 인자(IGF), 섬유아세포 성장 인자(FGF), 혈소판 성장 인자(PDGF), 대식세포 성장 인자(MDGF), 혈관 내피 성장 인자(VEGF), 형질전환 성장 인자 알파(TGF-α) 등 다양한 생물학적 활성 분자를 생성합니다. 정보 분자를 통해 표피 손상에 대한 정보를 얻은 기저 각질형성세포와 땀샘 및 모낭의 형성세포는 활발하게 증식하여 상처 부위를 따라 이동하여 상피화를 시작합니다. 상처 잔해, 염증 매개체, 파괴된 세포 조각의 자극을 받아, 이들은 상처 치유를 촉진하는 성장 인자를 활발하게 합성합니다.

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콜라겐

결합 조직과 흉터 조직의 주요 구조 성분은 콜라겐입니다. 콜라겐은 포유류에서 가장 흔한 단백질입니다. 피부에서 섬유아세포가 보조 인자인 아스코르브산과 함께 유리 아미노산을 합성하며, 인체 단백질 총량의 거의 3분의 1을 차지합니다. 프롤린, 라이신, 메티오닌, 티로신을 소량 함유하고 있으며, 글리신이 35%, 하이드록시프롤린과 하이드록시라이신이 각각 22%를 차지합니다. 콜라겐의 약 40%는 피부에 존재하며, I, III, IV, V, VII형 콜라겐으로 대표됩니다. 각 콜라겐은 고유한 구조적 특징과 특정 부위에 위치하며, 그에 따라 각기 다른 기능을 수행합니다. III형 콜라겐은 얇은 섬유로 구성되어 있으며, 피부에서는 망상 단백질이라고 합니다. 진피 상층에 더 많이 존재합니다. I형 콜라겐은 인체에서 가장 흔한 콜라겐으로, 진피 심층에 더 두꺼운 섬유를 형성합니다. IV형 콜라겐은 기저막의 구성 요소입니다. V형 콜라겐은 혈관과 진피의 모든 층을 구성하는 성분이며, VII형 콜라겐은 기저막과 진피의 유두층을 연결하는 "고정" 섬유를 형성합니다.

콜라겐의 기본 구조는 삼중 나선 구조를 형성하는 삼중 폴리펩타이드 사슬로, 다양한 유형의 알파 사슬로 구성됩니다. 알파 사슬은 네 가지 유형이 있으며, 이들의 조합에 따라 콜라겐의 종류가 결정됩니다. 각 사슬의 분자량은 약 120,000 kDa입니다. 사슬의 말단은 자유분방하여 나선 형성에 관여하지 않기 때문에, 이러한 지점은 단백질 분해 효소, 특히 글리신과 하이드록시프롤린의 결합을 특이적으로 절단하는 콜라게나제에 민감합니다. 섬유아세포에서 콜라겐은 프로콜라겐의 삼중 나선 형태로 존재합니다. 세포간 기질에서 발현된 후, 프로콜라겐은 트로포콜라겐으로 전환됩니다. 트로포콜라겐 분자는 길이의 1/4만큼 서로 연결되어 이황화물 결합으로 고정되어 전자현미경으로 관찰 가능한 띠 모양의 줄무늬를 형성합니다. 콜라겐 분자(트로포콜라겐)가 세포외 환경으로 방출되면 콜라겐 섬유와 묶음으로 모여서 촘촘한 네트워크를 형성하고, 진피와 피하조직에 강한 틀을 형성합니다.

아섬유는 인간 피부 진피의 성숙 콜라겐의 가장 작은 구조 단위로 간주됩니다. 아섬유는 직경 3~5μm이며, 2차 콜라겐의 구조적 요소로 간주되는 피브릴을 따라 나선형으로 배열됩니다. 피브릴의 직경은 60~110μm입니다. 다발로 뭉쳐진 콜라겐 피브릴은 콜라겐 섬유를 형성합니다. 콜라겐 섬유의 직경은 5~7μm에서 30μm입니다. 밀집된 콜라겐 섬유는 콜라겐 다발을 형성합니다. 콜라겐 구조의 복잡성, 다양한 차수의 가교 결합으로 연결된 나선형 삼중 구조의 존재로 인해 콜라겐의 합성 및 분해는 최대 60일까지 오랜 시간이 걸립니다.

저산소증, 부패 산물, 그리고 상처 부위의 자유 라디칼 축적을 동반하는 피부 외상 상태에서는 섬유아세포의 증식 및 합성 활동이 증가하고, 이는 콜라겐 합성 증가로 이어집니다. 콜라겐 섬유 형성에는 특정 조건이 필요한 것으로 알려져 있습니다. 따라서 약산성 환경, 전해질, 콘드로이틴 황산염, 그리고 기타 다당류는 섬유소 생성을 촉진합니다. 비타민 C, 카테콜아민, 불포화 지방산, 특히 리놀레산은 콜라겐 중합을 억제합니다. 콜라겐 합성 및 분해의 자가 조절은 세포 간 환경에서 발견되는 아미노산에 의해서도 조절됩니다. 따라서 폴리양이온 폴리-L-리신은 콜라겐 생합성을 억제하고, 폴리음이온 폴리-L-글루탐산염은 콜라겐 생합성을 촉진합니다. 콜라겐 합성 시간이 분해 시간보다 길기 때문에 상처 부위에 상당한 양의 콜라겐이 축적되고, 이는 향후 흉터 형성의 원인이 됩니다. 콜라겐 분해는 특수 세포와 특정 효소의 섬유소 용해 활성에 의해 이루어집니다.

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콜라게나제

피부에서 가장 흔한 I형과 III형 콜라겐을 분해하는 특정 효소는 콜라게나제입니다. 엘라스타제, 플라스미노겐 및 기타 효소는 보조적인 역할을 합니다. 콜라게나제는 피부와 흉터 조직의 콜라겐 양을 조절합니다. 상처가 치유된 후 피부에 남는 흉터의 크기는 주로 콜라게나제의 활성에 달려 있다고 여겨집니다. 콜라게나제는 표피 세포, 섬유아세포, 대식세포, 호산구에서 생성되며 금속단백분해효소입니다. 콜라겐을 포함하는 구조의 파괴에 관여하는 섬유아세포를 섬유파세포라고 합니다. 일부 섬유파세포는 콜라게나제를 분비할 뿐만 아니라 콜라겐을 흡수하고 이용하기도 합니다. 상처의 특정 상황, 거대생물의 상태, 치료 방법의 합리성, 동반되는 세균총의 존재, 섬유소 생성 또는 섬유파괴 과정(콜라겐을 포함하는 구조의 합성 또는 파괴)에 따라 손상 부위에서 우세하게 나타납니다. 콜라게나제를 생성하는 새로운 세포가 염증 부위로의 진입을 중단하고, 오래된 세포가 이 기능을 상실하면, 콜라겐 축적의 전제 조건이 발생합니다. 또한, 염증 부위에서 콜라게나제 활성이 높다고 해서 회복 과정의 최적화가 보장되는 것은 아니며, 상처 부위가 섬유화로부터 안전하다는 보장도 없습니다. 섬유 용해 과정의 활성화는 염증의 악화 및 만성화로 간주되는 반면, 섬유화의 우세는 염증의 완화로 간주됩니다. 피부 손상 부위에서 섬유화, 즉 흉터 조직이 형성되는 과정은 주로 비만 세포, 림프구, 대식세포, 섬유아세포의 참여로 이루어집니다. 혈관 활성화는 생물학적 활성 물질인 비만 세포의 도움을 받아 발생하며, 이는 림프구를 병변으로 유인하는 데 도움을 줍니다. 조직 분해 산물(T-림프구)은 림포카인을 통해 대식세포를 섬유아세포 과정에 연결하거나, 단백질 분해 효소(괴사호르몬)로 대식세포를 직접 자극합니다. 단핵세포는 섬유아세포의 기능을 자극할 뿐만 아니라 억제하기도 하며, 섬유화의 진정한 조절자 역할을 하며 염증 매개체와 기타 단백질 분해효소를 방출합니다.

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비만세포

비만세포는 크고 둥글거나 타원형의 핵과 세포질에 과염색된 호염기성 과립을 갖는 다형성을 특징으로 하는 세포입니다. 상피와 혈관 주변에 다량으로 존재합니다. 히스타민, 프로스타글란딘 E2, 화학주성 인자, 헤파린, 세로토닌, 혈소판 성장 인자 등 생물학적 활성 물질의 공급원입니다. 피부가 손상되면 비만세포는 이러한 물질을 세포외 환경으로 방출하여 손상에 대한 초기 단기 혈관확장 반응을 유발합니다. 히스타민은 강력한 혈관활성 물질로, 혈관을 확장하고 혈관벽, 특히 모세혈관 후세정맥의 투과성을 증가시킵니다. 1891년, 일리노이 메치니코프는 백혈구와 다른 면역세포가 병변에 접근하는 것을 용이하게 하기 위해 이러한 반응이 방어적인 역할을 한다고 평가했습니다. 또한, 멜라닌 세포의 합성 활동을 자극하여 외상 후 색소침착이 흔히 발생하는 것과 관련이 있습니다. 또한 상처 치유의 핵심 과정 중 하나인 표피 세포의 유사분열을 자극합니다. 헤파린은 세포간 물질의 투과성을 감소시킵니다. 따라서 비만세포는 손상 부위의 혈관 반응뿐만 아니라 세포 간 상호작용을 조절하여 상처 부위의 면역학적, 보호적, 회복적 과정을 조절합니다.

대식세포

섬유화 과정, 즉 상처 치유 과정에서 림프구, 대식세포, 섬유아세포는 결정적인 역할을 합니다. 다른 세포들은 히스타민과 생체 아민을 통해 림프구, 대식세포, 섬유아세포의 삼중 구조 기능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 보조적인 역할을 합니다. 세포는 막 수용체, 세포간 접착 분자 및 세포기질 분자, 매개체를 통해 서로 상호작용하고 세포외기질과도 상호작용합니다. 림프구, 대식세포, 섬유아세포의 활동은 조직 분해 산물, T 림프구, 림포카인을 통해 대식세포를 섬유아세포 과정에 연결하거나, 단백질 분해 효소(괴사호르몬)로 대식세포를 직접 자극하여 섬유아세포의 기능을 자극합니다. 대식세포는 섬유아세포의 기능을 자극할 뿐만 아니라 염증 매개체와 기타 단백질 분해 효소를 분비하여 섬유아세포의 기능을 억제합니다. 따라서 상처 치유 단계에서 주요 활동 세포는 대식세포로, 상처에서 세포 찌꺼기와 박테리아 감염을 씻어내고 상처 치유를 촉진하는 데 적극적으로 참여합니다.

표피에서 대식세포의 기능은 진피에도 존재하는 랑게르한스 세포에 의해 수행됩니다. 피부가 손상되면 랑게르한스 세포도 손상되어 리소좀 효소와 같은 염증 매개체를 방출합니다. 조직 대식세포 또는 조직구는 결합 조직 세포 구성 요소의 약 25%를 차지합니다. 이들은 다양한 매개체, 효소, 인터페론, 성장 인자, 보체 단백질, 종양 괴사 인자를 합성하고, 높은 식세포 작용 및 살균 활성 등을 나타냅니다. 피부가 손상되면 조직구의 신진대사가 급격히 증가하고 크기가 커지며, 살균, 식세포 작용 및 합성 활성이 증가하여 많은 양의 생물학적 활성 분자가 상처 부위로 유입됩니다.

대식세포에서 분비되는 섬유아세포 성장 인자, 상피세포 성장 인자, 인슐린 유사 인자는 상처 치유를 촉진하고, 형질전환 성장 인자 베타(TGF-β)는 흉터 조직 형성을 촉진하며, 대식세포의 활동을 활성화하거나 세포막의 특정 수용체를 차단함으로써 피부 재생 과정을 조절할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 예를 들어, 면역자극제를 사용하면 대식세포를 활성화하여 비특이적 면역을 증가시킬 수 있습니다. 대식세포는 알로에 베라에 함유된 만노스 및 포도당 함유 다당류(만난과 글루칸)를 인식하는 수용체를 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 장기간 치유되지 않는 상처, 궤양, 여드름 치료에 사용되는 알로에 제제의 작용 기전을 명확히 보여줍니다.

섬유아세포

결합 조직의 기본 세포이자 가장 널리 분포하는 세포 형태는 섬유아세포입니다. 섬유아세포의 기능에는 탄수화물-단백질 복합체(프로테오글리칸과 당단백질) 생성, 콜라겐, 레티쿨린, 탄력섬유 형성이 포함됩니다. 섬유아세포는 이러한 요소들의 대사 및 구조적 안정성을 조절하는데, 여기에는 분해대사, "미세환경" 모델링, 그리고 상피-중간엽 상호작용이 포함됩니다. 섬유아세포는 글리코사미노글리칸을 생성하는데, 그중 히알루론산이 가장 중요합니다. 섬유아세포의 섬유성 구성 요소와 함께 결합 조직의 공간적 구조(구조학)를 결정합니다. 섬유아세포의 집단은 이질적입니다. 성숙도에 따라 미분화 섬유아세포, 젊은 섬유아세포, 성숙 섬유아세포, 비활성 섬유아세포로 나뉩니다. 성숙한 섬유아세포에는 콜라겐 분해 과정이 생성 기능보다 우선하는 섬유아세포가 포함됩니다.

최근 몇 년 동안 "섬유아세포 시스템"의 이질성이 밝혀졌습니다. 섬유아세포의 세 가지 유사분열 활성 전구체, 즉 MFI, MFII, MFIII 세포 유형과 세 가지 유사분열 후 섬유아세포, 즉 PMFIV, PMFV, PMFVI가 발견되었습니다. MFI는 세포 분열을 통해 MFII, MFIII, PMMV로 순차적으로 분화됩니다. PMFVI는 콜라겐 I, III, V 유형, 프로지오글리칸 및 세포간 기질의 다른 구성 요소를 합성하는 능력을 특징으로 합니다. 일정 기간 동안 높은 대사 활동이 지속되면 PMFVI는 퇴화되어 세포자멸사를 겪습니다. 섬유아세포와 섬유아세포의 최적 비율은 2:1입니다. 섬유아세포가 축적됨에 따라, 콜라겐 생합성으로 전환된 성숙 세포의 분열이 중단되면서 섬유아세포의 성장이 둔화됩니다. 콜라겐 분해 산물은 되먹임 원리에 따라 섬유아세포의 합성을 촉진합니다. 섬유아세포가 성장 인자를 고갈시키고, 섬유아세포 자체가 성장 억제제인 칼론을 생산하기 때문에 전구체에서 새로운 세포가 형성되는 것이 중단됩니다.

결합 조직은 세포 구성 요소가 풍부하지만, 만성 염증 및 섬유화 과정에서 세포 형태의 범위가 특히 넓습니다. 따라서 비정형적이고 거대하며 병적인 섬유아세포가 켈로이드 흉터에 나타납니다. 크기는 10x45에서 12x65μm까지 다양하며, 이는 켈로이드의 병인학적 징후입니다. 비대성 흉터에서 얻은 섬유아세포는 고도로 발달된 광선 필라멘트 다발을 가지고 있기 때문에 일부 저자들은 근섬유아세포라고 부르는데, 이 다발의 형성은 섬유아세포 모양의 신장과 관련이 있습니다. 그러나 생체 내 모든 섬유아세포, 특히 흉터에서 섬유아세포는 길쭉한 모양을 하고 있으며, 돌기의 길이가 세포체 크기의 10배를 초과하는 경우도 있기 때문에 이러한 주장에 이의가 제기될 수 있습니다. 이는 흉터 조직의 밀도와 섬유아세포의 이동성으로 설명됩니다. 흉터의 밀집된 덩어리에서 콜라겐 섬유 다발을 따라 이동하는 섬유아세포는 미량의 간질 물질만 존재합니다. 그들은 축을 따라 뻗어 있으며 때로는 매우 긴 돌기가 있는 얇고 방추형 세포로 변합니다.

피부 외상 후 섬유아세포의 분열 및 합성 활동 증가는 먼저 조직 분해 산물인 자유 라디칼에 의해 자극되고, 그 다음 성장 인자인 (PDGF)-혈소판 유래 성장 인자, 섬유아세포 성장 인자(FGF), 그 다음 iMDGF-대식세포 성장 인자에 의해 자극됩니다. 섬유아세포 자체는 프로테아제(콜라게나제, 히알루로니다제, 엘라스타제), 혈소판 유래 성장 인자, 형질전환 성장 인자-베타, 상피 성장 인자, 콜라겐, 엘라스틴 등을 합성합니다. 육아조직이 흉터 조직으로 재조직되는 것은 콜라겐 합성과 콜라게나제에 의한 파괴 사이의 끊임없이 변화하는 균형에 기반한 복잡한 과정입니다. 특정 상황에 따라 섬유아세포는 프로테아제와 특히 플라스미노겐 활성제의 영향으로 콜라겐을 생성하거나 콜라게나제를 분비합니다. 젊고 분화되지 않은 형태의 섬유아세포가 존재하는 경우; 거대하고 병적인, 기능적으로 활성화된 섬유아세포와 과도한 콜라겐 생합성이 켈로이드 흉터의 지속적인 성장을 보장합니다.

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히알루론산

히알루론산은 고분자량(1,000,000 달톤)의 천연 다당류로, 간질 물질에 함유되어 있습니다. 히알루론산은 종 특이성이 없고 친수성입니다. 히알루론산의 중요한 물리적 특성 중 하나는 높은 점도로, 이로 인해 콜라겐 다발과 섬유를 서로, 그리고 세포에 결합시키는 접합 물질 역할을 합니다. 콜라겐 섬유, 작은 혈관, 세포 사이의 공간은 히알루론산 용액으로 채워져 있습니다. 히알루론산은 작은 혈관을 감싸고 혈관벽을 강화하며, 혈액의 액체 성분이 주변 조직으로 스며드는 것을 방지합니다. 또한, 조직과 피부의 기계적 요인에 대한 저항성을 유지하여 지지 기능을 주로 수행합니다. 히알루론산은 강력한 양이온으로, 세포간질 공간에서 음이온과 활발하게 결합합니다. 따라서 세포와 세포외 공간 사이의 교환 과정과 피부 내 증식 과정은 글리코사미노글리칸과 히알루론산의 상태에 따라 달라집니다. 히알루론산 분자 하나는 약 500개의 물 분자를 가까이에 붙잡아 둘 수 있으며, 이는 세포간질 공간의 친수성과 보습력의 기초가 됩니다.

히알루론산은 진피의 유두층, 표피의 과립층, 그리고 피부의 혈관과 부속기관에 더 많이 존재합니다. 히알루론산 분자는 수많은 카르복실기로 인해 음전하를 띠고 전기장 내에서 이동할 수 있습니다. 히알루론산의 해중합은 히알루로니다제(리다제)라는 효소에 의해 이루어지며, 이 효소는 두 단계로 작용합니다. 먼저, 이 효소는 분자를 해중합한 후 작은 조각으로 분해합니다. 결과적으로 히알루론산에 의해 형성된 겔의 점도가 급격히 감소하고 피부 구조의 투과성이 증가합니다. 이러한 특성으로 인해 히알루로니다제를 합성하는 박테리아는 피부 장벽을 쉽게 뚫고 들어갈 수 있습니다. 히알루론산은 섬유아세포를 자극하여 이동을 촉진하고 콜라겐 합성을 활성화하며, 살균, 항염증 및 상처 치유 효과를 나타냅니다. 또한, 항산화 및 면역 자극 특성을 가지고 있으며 단백질과 복합체를 형성하지 않습니다. 물과 함께 안정된 젤 형태로 결합 조직의 세포 간 공간에 존재하여 피부를 통해 대사 산물을 제거합니다.

피브로넥틴

염증 반응을 멈추는 과정에서 결합 조직 기질이 회복됩니다. 세포외 기질의 주요 구조적 구성 요소 중 하나는 당단백질인 피브로넥틴입니다. 상처 부위의 섬유아세포와 대식세포는 피브로넥틴을 활발하게 분비하여 상처 수축을 촉진하고 기저막을 회복시킵니다. 상처 섬유아세포를 전자현미경으로 관찰한 결과, 세포성 피브로넥틴 필라멘트가 평행하게 다발로 배열된 것이 다수 발견되었으며, 이를 통해 많은 연구자들이 상처 섬유아세포를 근섬유아세포(myofibroblast)라고 명명했습니다. 세포성 및 혈장성 두 가지 형태로 존재하는 접착 분자인 피브로넥틴은 세포간 기질에서 "서까래" 역할을 하며 섬유아세포가 결합 조직 기질에 강력하게 접착되도록 합니다. 세포성 피브로넥틴 분자는 이황화 결합을 통해 서로 결합하고, 콜라겐, 엘라스틴, 글리코사미노글리칸과 함께 세포간 기질을 채웁니다. 상처 치유 과정에서 피브로넥틴은 상처 부위에서 섬유아세포와 콜라겐 섬유의 특정 방향을 형성하는 주요 골격 역할을 합니다. 피브로넥틴은 섬유아세포 필라멘트의 광선 다발을 통해 콜라겐 섬유를 섬유아세포에 결합시킵니다. 따라서 피브로넥틴은 섬유아세포 과정의 균형을 조절하는 역할을 하여 섬유아세포를 끌어당기고, 콜라겐 섬유에 결합하여 성장을 억제합니다. 피브로넥틴으로 인해 상처 자체의 염증 침윤 단계가 육아종성-섬유성 단계로 전환된다고 할 수 있습니다.

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