운동과 사이토카인

 

 

 

1. 사이토카인의 개념

 

  사이토카인(cytokines)은 면역세포에 의해 분비되는 면역조절성 수송단백질이다. 이것은 세포간의 의사소통을 원활하게 하는 물질로 면역계뿐만 아니라 신경계, 내분비계와도 밀접한 관계를 가지면서 면역조절작용, 항암작용, 조혈조절작용, 염증유발작용, 시상하부-뇌하수체-부신축과 신경내분비의 정상적인 조절기능 등을 나타낸다.

사이토카인은 대부분 한 가지 이상의 다양한 작용을 나타내며 자신을 분비한 모세포에 작용하거나(autocrine), 바로 옆세포에 작용( paracrine)하기도 하고, 호르몬과 같이 멀리 있는 세포에 작용(endocrine)하는 특성을 나타낸다.

사이토카인은 세포성 기원 장소에 따라서 림포카인(lymphokine)과 모노카인(monokine)으로 분류된다. 사이토카인은 생물학적으로 여러 가지 기능을 보이는 단백들이 서로 다른 이름으로 보고되었으나, 동일한 단백의 기능으로 판명되어 이들 사이토카인들을 백혈구 등이 분비하고 그 작용세포들도 백혈구이므로 이들의 이름을 인터루킨(interleukine ; IL)이라 명명하게 되었다.

 

2. 사이토카인의 종류

 

  사이토카인은 T세포, B세포, 대식세포 등의 면역세포나 일부 일반세포가 분비하는 펩타이드인데, 지금까지 인터페론(interferone), IL-1 ~IL-13, CSF(colony stimulating factor), TNF(tumor necrosis factor) 등이 발견되었다.

인터루킨(IL)은 1981년 처음 명명되었고, 혈구에서 만들어지며 백혈구에서 작용한다. 인터루킨의 주요 기능은 T세포와 B세포를 섬유아세포와 내피세포로 변이시키는 것이다.

세포증식 억제작용과 항바이러스 작용을 가지고 있는 인터페론(IFN)은 생산 도, 생산하는 세포 그리고 구조 차이에 따라 제1형과 제2형으로 분류한다. 제1형 인터페론에는 IFN-알파와 IFN-베타가 속하며, 제2형 인터페론은 IFN-감마라 부른다. 제1형 IFN은 바이러스에 감염된 대부분의 핵을 가진 세포들에서 생성되나, 이 중 IFN-알파를 생성하는 주된 세포는 바이러스 감염 백혈구이고 IFN-베타를 생성하는 주된 세포는 바이러스 감염된 섬유아세포이다. IFN-감마는 항원 또는 유사분열물질(mitogen) 자극으로 활성화된 T세포가 생성하며 면역반응에서 사이토카인 기능을 하는 것은 주로 IFN-감마이다.

IFN-알파는 항종양 활성, 즉 종양세포에 관한 직접적인 작용과 독성활성을 자극하고, IFN-감마는 암예방, 대식세포의 독성기능을 향상시키는 것에 있어서 간접적인 역할을 한다.

염증유발작용, 면역조절작용, 항암작용 등 3대 작용을 지니고 있는 종양괴사인자(TNF)는 지다당(LPS)으로 처리된 동물의 혈청에 종양 괴사를 유발시키는 인자가 발견되면서 확인되었다. 이것은 TNF-알파(cachetin)와 TNF-베타(lymphotoxin)로 분류된다. TNF-알파는 활성화된 대식세포에 의해 생성되며, 종양세포에 대한 독성을 지니고 있고, 단구의 항종양 활동을 자극하고 T와 B세포를 자극한다. 그러나, 다량의 TNF-알파 투여 또는 생산은 숙주에 치명적인 해를 유발한다. TNF-베타는 활성화된 T세포에 의해 생성 분비되며, 암세포 파괴기능, 호중구 활성으로 염증반응 유도, 혈관 내피세포에 작용하여 백혈구 부착 항진과 사이토카인 생성 유도 기능을 나타낸다.

 

3. 운동과 사이토카인

 

  1) 운동과 IL-1

 

  IL-1은 동적 운동 중 연구된 최초의 사이트카인으로서, 운동 후 근육과 뇨에서 발견되고, 단축성과 신전성 운동은 IL-1치를 증가시키는 것으로 알려져 있다. Cannon과 Kluger(1983)는 중정도 지구성 운동이 순환 IL-1치를 증가시킨다고 최초로 보고하였는데, 그들은 14명(여자:4, 남자:10)의 지원자를 대상으로 60% 유산소파워에서 1시간 동안 자전거에르고미터운동을 실시한 결과에서, 혈장 IL-1치는 증가를 나타냈다고 하였다.

IL-1은 면역학적 요소에 대한 박테리아 생산물로부터 여러 가지 자극범위에 대한 반응에서 단구/대식세포 시리즈의 세포에 의해서 필수적으로 생산되고, T세포 활성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. IL-1은 IL-1알파와 IL-1베타로 구성되어 있다.

 

 2) 운동과 IL-2

 

  운동시 IL-2는 증가 혹은 감소하는 것으로 알려져 있다. Castell 등(1996)은 1991년 브루셀 마라톤 대회 참가자(n=12)를 대상으로 한 현장 연구에서, 경기 후 IL-2치는 회복기 16시간에 33%의 증가를 나타내었다고 보고한 반면, Bury 등(1996)은 장기간 운동시 혈장 IL-2치는 운동강도와 운동시간에 관계없이 운동종료와 회복기 중에 감소를 나타내었다고 하였다. Espersen 등(1990)은 운동종료에서 IL-2의 일시적인 감소는 활성화된 림프구 표현형 수용체의 수에서 동반하는 증가를 반영하는 것으로 제시하였다. 그러나, 이런 감소는 면역학적 자극에 대한 반응에서 림프구의 감소된 능력을 나타낸다.

IL-2는 보조T세포에 의해 생기고, 독성 T세포와 자연살해세포를 자극한다. T세포의 분열을 증진시키고, IFN 같은 매개체를 방출하는데 필수적이며, B세포의 성장을 가능하게 한다. IL-2의 기능과 활성은 연령과 함께 약화된다. 글루코코르티코이드는 면역계에 있어서 필수적인 조정자이며 IL-2의 합성을 억제하는 것으로 알려져 있다.

 

 3) 운동과 IL-6

 

  IL-6는 혈장세포내 B세포의 구별에 기여한다. IL-1과 마찬가지로 IL-6는 현저한 면역억압과 관련되는 주요 외상성 손상에 대한 숙주방어의 중요한 조정자이다.

IL-6치는 60분 혹은 그 이상의 시간 동안 격렬하게 운동한 후 증가하는 것으로 알려져 있다. Castell 등(1996)은 마라톤 경기 후 혈장 IL-1알파와 TNF-알파치는 영향을 받지 않았지만,  IL-6는 안정시보다 45배 증가를 나타내었고, 회복기 2시간 후에도 증가를 보였다고 하였으며, 혈장 IL-6 농도의 증가는 B와 T세포의 활성을 나타낸다고 하였다. Northoff 등(1994)도 혈청 IL-6치가 마라톤 후 17명 중 15명의 마라토너에서 안정시보다 2배 이상의 증가가 나타났다고 보고하였다. Drenth 등(1995)은 6시간을 달린 19명의 선수들은 운동 후 혈청 IL-6는 286%의 증가를 보였다고 하였다. 또한, Nehlsen-Cannarella 등(1997)은 30명의 마라토너를 대상으로 75%최대산소섭취량에서 2시간 30분 달리기시에 탄수화물음료 주입(6%CHO)이 사이토카인 반응에 미치는 영향에 관한 실험 결과에서, 달리기 직후 혈장 IL-6치는 위약군과 투여군에서 각각 753%, 421%의 증가를 나타냈다고 하였다.

 

 4) 운동과 인터페론

 

  IFN치에 관한 운동과 트레이닝의 효과는 극히 미흡하게 연구되어 있지만, 75%최대산소섭취량에서 1시간 자전거운동에 따라 증가가 나타났다고 Viti 등(1985)은 보고한 바 있다. 그러나, Haahr 등(1991)은 75% 최대유산소파워에서 1시간의 자전거에르고미터 운동은 IFN-감마치에 영향을 주지 못했다는 것을 발견하였으며, Surkina 등(1994)은 7명의 조정 선수를 대상으로 7분간의 자극성 로잉에르고미터 운동시, 안전시 IFN-감마치는 정상 보다 낮았고, 농도는 운동 후 감소하였다고 보고하였다. Tamagawa 등(1994)은 중정도 트레드밀운동이 쥐의 비장세포에 의한 IFN-감마 생산을 변경시키지 못했지만, 복막 대식세포의 IFN-감마로부터 식작용-의존성 산소라디칼 생산을 증진시켰다고 하였다.

INF-감마는 다양한 면역조절 작용을 한다. IFN-감마의 항바이러스의 항증식 활성도는 IFN-알파와 IFN-베타 보다는 적다. 때문에 IFN-감마는 자연살해세포를 유도하는데 있어서 IFN-알파 보다 효과적이지 못하지만, 대식세포와 조직세포에 있는 클라스 투 분자는 가장 잘 활성화시킨다. IFN-감마가 기능을 수행하기 위해서는 IFN-알파와 IFN-베타와의 협력작용이 필요하다.

인터페론은 대식세포 식작용, 독성(살해)세포의 활성, 자연살해세포의 활성 및 항체 생산을 자극하고, 세포분열, 종양성장, 지방세포의 성숙 및 적혈구의 성숙을 억제한다.

 

 5) 운동과 종양괴사인자

 

  운동은 TNF-알파를 증가 혹은 감소시킨다. Dufaux와 Order(1989)는 8명의 선체적으로 활동적인 남자 피험자를 대상으로 80%무산소성 역치에 해당되는 강도에서 30km 달리기에서 TNF-알파치는 운동중과 회복기 1시간에 유의한 증가가 나타났다고 하였으며, Rokitzki 등(1994)도 마라톤 직후 14명의 선수들에서 TNF-알파가 증가했다는 것을 발견하였다. 마찬가지로 Espersen 등(1990)은 5km달리기 후 2시간에 11명의 잘 훈련된 주자들에서 혈장 TNF-알파치가 증가를 나타냈다고 보고하였다.

반면에, Kvernmo 등(1992)은 3가지 운동군(산발적 운동군, 레크리에이션적 선수군, 경쟁적 선수군)의 남자 피험자들을 대상으로 운동전과 후, 8km달리기 혹은 30km 크로스컨트리 스키 경주에서 혈장 TNF-알파치를 비교한 결과에서, 안정시 혈장 TNF-알파치는 산발적인 운동군(7.60mg/ml)이 가장 높고, 레크리에이션적 선수군(5.0mg/ml), 경쟁적 선수군(2.74mg/ml)이 더 낮게 나타났으며, 격렬한 운동은 세 군 모두에서 혈장 TNF-알파치를 감소시켰다고 하였다.

한편, 급성운동시 TNF-알파치의 감소 혹은 효과가 없었다고 Flegel 등(1989), Rivier 등(1994), Sprenger 등(1992) 및 Bagby 등(1994)은 같은 의견을 보고하였다.

 

4. 결론

 

   격렬한 운동은 IL-1, IL-2, IL-6, TNF-알파와 같은 순환 사이토카인을 변형시키는 것으로 나타난다. 사이토카인에서 이런 운동유발성조절(수정)은 운동 후 관찰되는 증가된 독성활성과 관계할 수 있다. 그것은 또한 이러한 변화들이 격심한 운동 후 관찰되는 근육 분해에 의해서 유발되는 염증성 반응에 영향을 미칠 수 있는 것으로 제시되고 있다.

따라서 조직 손상, 감염 및 염증을 유발할 수 있는 격심한 운동을 삼가하고 면역 기능에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 저,중강도의 운동을 규칙적으로 할 필요가 있는 것으로 간주된다.