철분은 면역 세포에 영양을 공급하여 천식을 악화시킬 수 있습니다

시금치와 스테이크를 먹으면 철분을 얻을 수 있다는 말을 들어보셨을 겁니다. 또한 철분이 적혈구의 단백질인 헤모글로빈의 주요 구성 요소인 필수 미량 미네랄이라는 사실도 알고 계실 것입니다. 헤모글로빈은 폐에서 신체의 모든 부분으로 산소를 운반합니다.

철분의 덜 알려진 중요한 기능은 특정 면역 세포에 에너지를 생성하는 역할입니다.

저희 연구실에서 최근에 발표한 연구에서 철분이 면역 세포로 유입되는 것을 차단하거나 제한하면 알레르기 유발 천식 발작의 증상이 개선될 수 있다는 사실을 발견했습니다.

철분이 필요한 면역 세포

천식 발작 동안 무해한 알레르기 유발 물질은 폐의 면역 세포인 ILC2(내재성 림프 세포 2형)를 활성화합니다. 이로 인해 면역 세포가 증식하고 대량의 사이토카인이 방출됩니다. 사이토카인은 면역 세포가 통신하는 데 사용하는 메신저로, 원치 않는 염증을 유발합니다. 그 결과 기침과 천명과 같은 증상이 나타나 기도가 압박되는 것처럼 느껴집니다.

폐에서 ILC2 기능에서 철의 역할을 평가하기 위해 실험실에서 ILC2로 일련의 실험을 수행했습니다. 그런 다음 알레르기 천식이 있는 쥐와 다양한 정도의 천식 중증도를 가진 환자에서 결과를 확인했습니다.

실험 결과

먼저, 우리는 ILC2가 철분을 흡수하기 위해 트랜스페린 수용체 1(TfR1)이라는 단백질을 사용한다는 사실을 발견했습니다. ILC2 활성화 시 이 단백질을 차단했을 때 세포는 철분을 사용할 수 없게 되었고 더 이상 이전처럼 효율적으로 증식하고 염증을 일으킬 수 없게 되었습니다.

그런 다음 ILC2가 철을 사용하는 것을 방지하기 위해 철 킬레이터라는 화학 물질을 사용했습니다. 철 킬레이트제는 철의 초자석과 유사하며 체내 철분이 너무 많은 상태를 관리하기 위해 의학적으로 사용됩니다.

킬레이터를 사용하여 ILC2에서 철분을 제거하면 세포는 스포츠카를 자전거로 바꾸는 것과 비슷하게 신진 대사를 바꾸고 다른 에너지 생산 방식으로 전환해야 했습니다. 세포는 더 이상 폐 염증을 일으키는 데 효과적이지 않았습니다.

다음으로 우리는 ILC2 활동으로 인해 기도가 민감한 생쥐의 세포성 철분을 제한했습니다. 우리는 세 가지 다른 방식으로 이를 수행했습니다. TfR1을 억제하거나, 철 킬레이트제를 추가하거나, 미니헵시딘이라는 합성 단백질을 사용하여 낮은 총 철분 수준을 유도하는 것입니다. 이러한 각 방법은 생쥐의 기도 과민반응을 줄이는 데 도움이 되었으며 실제로 천식 증상의 심각도를 감소시켰습니다.

마지막으로 천식 환자의 세포를 연구했습니다. 우리는 흥미로운 점을 발견했습니다. ILC2 세포에 TfR1 단백질이 많을수록 천식 증상이 더 심해졌습니다. 즉, 철분은 천식의 중증도에 큰 역할을 했습니다. TfR1 차단 및 철 킬레이트제 처리는 ILC2 증식 및 사이토카인 생산을 감소시켰으며, 이는 마우스에서의 결과가 인간 세포에 적용 가능함을 시사합니다. 이는 이러한 결과를 실험실에서 임상 시험으로 최대한 빨리 이동할 수 있음을 의미합니다.

천식 철분요법

철은 오케스트라 지휘자와 같아서 ILC2와 같은 면역 세포에게 천식 발작 중에 어떻게 행동해야 하는지 알려줍니다. 철분이 충분하지 않으면 이 세포는 많은 문제를 일으킬 수 없으므로 천식 증상이 줄어들 수 있습니다.

다음으로 우리는 천식 발작 중 환자의 면역 세포를 표적으로 삼는 연구를 진행하고 있습니다. 신체의 전반적인 철분 수준을 고갈시키지 않고 ILC2에 사용 가능한 철분의 양을 줄일 수 있다면 천식의 증상뿐만 아니라 질병의 근본 원인을 해결하는 새로운 천식 치료법이 개발될 수 있습니다. 이용 가능한 치료법은 증상을 조절하여 환자의 생명을 유지할 수 있지만 질병을 치료하지는 않습니다. 철분 관련 치료법은 천식 환자에게 더 나은 해결책을 제공할 수 있습니다.

우리의 발견은 천식에만 적용되는 것이 아닙니다. 이는 습진 및 제2형 당뇨병과 같이 ILC2와 관련된 다른 질병에 대한 판도를 바꿀 수 있습니다. 철분이 면역 체계에 그렇게 중요할 수 있다고 누가 생각이나 했을까요?

작업 결과는 The Conversation 저널에 게재된 기사에 자세히 설명되어 있습니다.