특발성 폐섬유증(Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF)은 아직 밝혀지지 않은 원인에 의해 폐섬유화가 진행하여 절반이상의 환자가 진단 후 5년 이내에 폐기능 부전으로 사망하는 질환이다¹⁾. 이 질환의 병리기전은 잘 알려져 있지 않으나 일반적으로 폐포염(alveolitis)으로 시작된 폐조직의 염증반응이주 병리기전이며, 섬유모세포(fibroblast)의 증식과 폐섬유화는 단순히 염증에 따른 폐조직 손상의 치유과정(wound healing)에 발생하는 이차적 현상으로 이해되어 왔다^2-7). 이러한 가설을 근거로 특발성 폐섬유증 환자의 치료에 스테로이드를 비롯한 여러 항염증제가 사용되고 있으나, 실제 임상에서 이에 호전을 보이는 환자는 10~20%에 불과하고 나머지 대부분 환자들은 치료에도 불구하고 계속 진행되는 섬유화로 결국 사망하게 된다⁸⁾. 이 같은 사실은 아직 우리가 특발성 폐섬유증의 병리기전을 제대로 이해하고 있지 못함을 시사하며, 따라서 새로운 치료방침을 개발하고 특발성 폐섬유증 환자의 생존을 증가시키기 위해서는 특발성 폐섬유증의 병리기전에 대한 기존의 가설과 다른 새로운 방향의 접근이 필요하다.

특발성 폐섬유증의 조직학적 소견인 usual interstitial pneumonia(UIP)은 초기변화로 섬유모세포 집단병소(fibroblast foci) 형성이 특징이다⁸⁾. 섬유모세포 집단병소는 폐포벽내에 섬유모세포와 근섬유모세포(myofibroblast)가 모여 덩어리를 이루고 있으며 주변에 염증세포의 침윤은 거의 찾아볼 수 없다. 최근 연구 결과 섬유모세포가 단순히 외부자극에만 반응하는 피동적 세포가 아니라 여러 사이토카인(cytokines)들을 분비하는 능동적 세포임이 알려졌고, 특발성 폐섬유증 환자들의 섬유모세포는 정상인의 섬유모세포와는 분열속도나 여러 조절인자들에 대한 반응이 다르다는 것이 알려져 있다⁹⁾. 이와 같은 사실은 다음과 같은 새로운 가설을 가능하게 한다. 초기에 폐조직에 어떤 자극이 가해지면 이로 인해 여러 섬유모세포 아형 중 섬유화 활성이 강한 세포군이 선택적으로 증식하게 되고 이 세포군은 마치 신생물(neoplasm)과 같이 항상성 조절기전(homeostatic regulatory mechanism)에 반응하지 않고 지속적으로 증식하여 폐섬유화를 유발하는 것이다. 이 가설의 진위를 가늠할 수 있는 연구결과는 현재 전혀 알려진 바 없다. 이에 본 연구자들은 특발성 폐섬유증 환자의 섬유모세포 증식의 클론성(clonality) 검정을 통해 위 가설을 증명하고자 하였다.

일곱 명의 특발성 폐섬유증 여자 환자에서 개흉폐생검을 통해 얻은 폐조직의 파라핀 블록(paraffin block, 서울아산병원 진단병리과 보관)을 사용하여 현미해부(microdissection) 방법으로 섬유모세포 집단병소에서 증식된 섬유모세포들을 분리하였다. 단일클론성 검정의 양성대조(positive control)로는 특발성 폐동맥 고혈압(Idiopathic Pulmonary Arterial Hypertension, IPAH) 환자에서 관찰되는 총상병변(plexiform lesion)내 증식된 혈관내피세포를 이용하였다. 특발성 폐동맥 고혈압 환자의 총상병변내 내피세포는 단일클론성 증식을 하는 것으로 알려져 있다¹⁰⁾. 두 명의 여자 특발성 폐고혈압 환자의 폐조직 파라핀 블록은 Rubin Tuder (Department of pathology, University of Colorado, Denver, USA) 박사로부터 기증받았으며, 모두 부검을 통해 얻은 조직이었다. 이 환자들의 임상정보는 표 1과 같다.

특발성 폐섬유증 여자 환자 일곱 명과 특발성 폐동맥 고혈압 여자 환자 두 명의 폐조직을 연구에 사용하였으며, 이들 모두 인간 남성호르몬 수용체 유전자의 다형성을 보였다. 이들 폐조직의 대립유전자 불활성화 비는 1.07±0.18 (평균±표준편차)로 uneven lyonization의 가능성은 배제할 수 있었다(표 1). 특발성 폐섬유증 일곱 예로부터 모두 24개의 섬유모세포 집단병소에 대해 섬유모세포 증식의 클론성 분석을 시행하였다. 병변의 클론비는 0.70±0.18 (평균±표준편차) (범위0.37~0.97)로 불균형 메틸화(unbalanced methylation, clonality ratio<0.25)를 보인 예는 없이 모두 다클론성이었다(그림 1,3). 한편 단일클론성의 양성 대조로 2예의 특발성 폐동맥 고혈압에서 총상병변내 내피세포 증식의 클론성 분석을 시행하였다. 모두 10개의 병변을 분석하였으며 이 중 7개가 불균형 메틸화(clonality ratio<0.25)를 보여 단일클론성임을 확인하였다. 10개 총상병변의 클론 비는 0.17±0.23 (평균±표준편차) (범위 0~0.65)이었다(그림 1, 3).

특발성 폐섬유증의 발생기전은 아직도 확실히 규명하지 못하였으나 면역기전이 중요하게 작용하리라고 추측되어 왔다^1-3). 그 동안 폐포세척(bronchoalveolar lavage)액 분석 및 분자생물학적 기법으로 시행된 연구에서 특발성 폐섬유증의 발병기전은 여러 가지 사이토카인 및 성장인자가 분비되어 폐포염과 섬유화가 계속 진행되기 때문인 것으로 알려졌다^2-6). 즉, 어떠한 원인으로 폐조직이 손상을 받게 되면 이에 의해 폐포대식세포(alveolar macrophage)가 자극되어 여러 가지 단백분해효소 및 독성이 심한 유리 산소기(oxygen free radical)들이 유리되어 조직손상을 심화시킨다. 또한 폐포대식세포에서 Interleukin (IL)-1β, tumor necrosis factor-α, IL-6, IL-8 등 여러 가지 사이토카인들이 분비되어 염증(inflammation)이 유발된다. 이러한 조직손상의 치유(wound healing) 기전으로서 transforming growth factor-β, insulin-like growth factor, platelet derived growth factor 등 여러 가지 성장촉진 인자들이 폐포대식세포 등에서 분비되어 섬유모세포들의 증식과 섬유모세포에서의 교원질 생성이 촉진되기 때문에 섬유화가 남게 되는 것으로 생각되고 있다⁷⁾. 이러한 사이토카인과 성장인자들을 분비하는 세포를 규명하기 위한 그 동안의 연구가 주로 폐포세척 방법으로 쉽게 얻을 수 있는 폐포대식세포에 대해서 행해졌기 때문에 폐포대식세포가 특발성 폐섬유증의 발생기전에 주 역할을 하는 세포로 알려져 왔다⁵⁾. 즉, 특발성 폐섬유증은 폐포대식세포를 중심으로 하는 폐조직의 염증을 주 병리기전으로 하는 질환이며, 섬유모세포의 증식과 폐섬유화는 단순히 염증에 따른 폐조직 손상의 치유과정에 발생하는 이차적 현상이라는 것이 지금까지 널리 통용된 가설이었다. 이러한 가설을 근거로 특발성 폐섬유증 환자의 치료에 스테로이드를 비롯한 여러 항염증제가 사용되어 왔으나, 실제 임상에서 이에 호전을 보이는 환자는 10~20%에 불과하고 나머지 대부분 환자들은 치료에도 불구하고 계속 진행되는 섬유화로 결국 사망하게 된다⁸⁾. 폐포대식세포 등 염증에 관여하는 세포들은 작용은 뚜렷하나 그 수명이 짧아서, 특발성 폐섬유증과 같이 수년에 걸쳐 진행하는 질병의 기전을 단순히 일과성으로 존재하는 이들 염증세포와 이에서 유리되는 매개물질만으로 설명하기 힘들다. 이로 인해 지속적으로 폐조직에 존재하는 즉, 폐조직의 구조를 형성하는 세포들이 병리기전에 관여할 가능성이 대두되었다. 그 중에서도 특히 섬유모세포는 지속적으로 폐조직에 존재하며, 섬유소원을 합성하여 폐섬유화 과정에서 중심역할을 하는 세포이기 때문에 더욱 관심의 대상이 되었다. Katzenstein과 Myers는 특발성 폐섬유증의 특징적인 조직학적 소견인 usual interstitial pneumonia (UIP)의 초기변화로 섬유모세포 집단병소(fibroblast foci) 형성을 들고 있다⁸⁾. 섬유모세포 집단병소는 폐포벽 내에 섬유모세포와 근섬유모세포가 모여 덩어리를 이루고 있으며 주변에 염증세포의 침윤은 거의 찾아볼 수 없다. 근래에는 섬유모세포가 다른 세포에서 분비된 사이토카인의 작용을 받아 증식하고 섬유소원이나 기타 세포외 기질(extra-cellular matrix) 물질을 만들어 낼 뿐만 아니라, 이들이 직접 여러 가지 사이토카인 들을 분비하여 자기 자신(autocrine) 또는 인접한 다른 세포들의(paracrine) 증식이나 기능에 영향을 미치는 능동적 세포로도 작용한다는 사실들이 밝혀졌다^16-19). 또한 특발성 폐섬유증환자들의 폐에서 분리된 섬유모세포는 정상인 폐의 섬유모세포와는 분열속도나 여러 조절 인자들에 대한 반응이 다른 것으로 알려져 있다⁹⁾. 그러므로 특발성 폐섬유증 환자들에서는 폐 섬유모세포 자체가 정상인의 세포와는 다르기 때문에 마치 신생물과 같이 섬유화가 계속 진행할 가능성도 있다. 특히 특발성 폐섬유증의 발병에 유전적 인자가 중요한 역할을 할 것이라는 여러 증거들은 이를 뒷받침 한다²⁰⁾. 그러나 특발성 폐섬유증 환자의 섬유모세포의 성상이 정상인의 그것과 다르다는 사실만으로 특발성 폐섬유증환자의 섬유모세포에 신생물과 같은 유전적 결함이 있을 것으로 추론하기는 힘들다. 왜냐하면 신체의 여러 장기에 섬유모세포가 존재하는데 이러한 섬유모세포들은 장기의 종류에 따라 특성이 다르며, 특히 같은 장기에서도 모든 섬유모세포가 단일한 성분의 한 가지 세포로만 존재하는 것이 아니라 그 성상이 다른 여러 종류의 섬유모세포로 구성되어 있다는 것을 암시하는 사실들이 알려져 있기 때문이다^13,15,21-25). 갓 태어난 소의 폐혈관 섬유모세포는 저산소 자극에 의해 증식하는 속도에 따라 몇 개의 군으로 나눌 수 있고, 저산소증에 의해 폐고혈압이 발생한 소의 폐혈관 섬유모세포는 정상 대조군과는 달리 주로 ‘저산소 자극에 의해 증식이 빠른 군’으로 구성되어 있음이 알려져 있다^26,27). 따라서 특발성 폐섬유증 환자들에서 분리된 폐 섬유모세포의 성상이 정상인의 세포와는 다른 것은 단순히 이러한 일부(정상적으로 존재하는 여러 섬유모세포 아형 중)의 선택적 증식의 결과일 수도 있다.

세포의 단일클론성(monoclonal) 증식은 하나의 세포 또는 동일한 성상을 가진 하나의 세포군이 선천성 유전적 변화 또는 체세포돌연변이(somatic mutation)와 같은 후천성 유전적 변화에 의해 주위의 다른 정상세포에 비해 잘 자랄 수 있는 성질을 갖게 되어 생기며, 이 세포의 증식이 질병의 병리기전에 일차적 역할을 할 것으로 이해할 수 있다²⁸⁾. 반면에, 창상치유(wound healing)와 같은 반응성과형성(reactive hyperplasia) 조직에서 관찰되는 세포증식은 다클론성으로, 이러한 세포의 증식은 질병의 진행과정에 부수적으로 수반되는 이차적 현상으로 이해될 수 있다. 결장샘 증식증(Colonic gland hyperplasia)에서 샘종(adenoma)을 거쳐 결장암(colon cancer)에 이르는 일련의 과정을 분석해 보면 단일클론성 증식은 신생물(neoplasm) 형성의 가장 초기단계임을 알 수 있다²⁹⁾. 단일클론성 증식은 다른 종류의 암에서도 관찰되며^30-33), 데스모이드종양(desmoid tumor)³⁴⁾이나 평활근종(leiomyoma)³⁵⁾과 같은 중간엽종양(mesenchymal tumor)에서는 이 조직이 신생물인지 또는 반응성 과형성인지를 감별하기 위해 클론성을 조사하기도 한다.

본 연구의 초점은 특발성 폐섬유증에서 관찰되는 폐 섬유모세포 증식이 ‘폐포대식세포를 중심으로 하는 폐염증에 의한 조직손상’의 치유과정에 동반된 이차적 ‘반응성과형성’인지 또는 폐 섬유모세포가 마치 신생물과 같이 독립적인 증식을 하는 ‘일차적 병리현상’인지를 검정하는 것이었다. 본 연구 결과, 특발성 폐섬유증 환자 폐의 섬유모세포 집단병소를 구성하는 섬유모세포 증식은 다클론성임을 알 수 있었다. 즉, 특발성 폐섬유증 환자에서 폐 섬유모세포 증식은 창상치유에서와 같은 반응성과형성이며, 특발성 폐섬유증 환자 폐 섬유모세포의 성상이 정상인과 다른 것은 외부자극에 대한 폐 섬유모세포 일부 아형의 선택적 증식에 의한 것으로 사료되고, 이에 대해서는 추후 지속적인 연구가 필요하다.