염증성 장질환은 유전적, 면역학적, 환경적인 요인들이 복합적으로 작용하여 장에 만성적인 염증을 일으키는 난치성 질환으로 궤양성 대장염과 크론병이 대표적이며, 상당한 수의 환자에서 호전과 악화가 반복되고 일부에서는 대장암과 같이 심각한 합병증이 발생할 수 있다.¹ 염증성 장질환에서 염증 발생의 신호전달 경로는 복잡하지만 tumor necrosis factor (TNF)-α, interferon (IFN)-γ, interleukin (IL)-6, IL-17, IL-23, IL-26과 같은 전염증성 사이토카인(pro-inflammatory cytokine)이 관련되어 있으며 IL-10은 수용체에 신호를 보내 질병 발생에 보호적인 기능을 한다고 알려져 있다.^2,3 염증성 장질환의 치료에는 5-aminosalicylic acid, 스테로이드, 면역조절제, 생물학 제제 등이 사용되는데, 이러한 약제들은 염증성 사이토카인의 생성을 줄이고 질병의 예후에 영향을 줄 수 있지만 치료에 반응을 보이지 않거나 내약성이 없는 경우가 있고 여러 부작용이 있는 제한점이 있다.

염증성 장질환은 위장관 기능이 악화되어 영양 결핍이 발생할 수 있고 식이 자체가 중요한 발병 원인에 해당한다. 따라서 식습관을 변경하거나 적절한 기능성 식품과 의약품의 형태를 지닌 건강기능식품(neutraceuticals)을 사용하는 것이 염증성 장질환을 관리하는 방법으로 받아들여지고 있다.^4-7 Arthrospira (Spirulina) platensis는 미세조류 중 남세균(남조류, cyanobacteria)에 속하는 광합성 미생물로 아미노산, 비타민, 카로티노이드(carotenoids), 무기질 등을 함유하고 있어 기능성 식품과 영양보충제로 사용되고 있다.⁸ Spirulina 제제는 여러 연구에서 인슐린 민감성을 높이고 항산화, 항염증, 항암작용이 있는 것으로 보고되어 주목을 받고 있는데, 동물 실험에서는 신경 보호, 항궤양, 간 보호, 신장 보호 효과 등이 있고 관절염, 비알코올성 간염, 알레르기성 비염 모델에서 염증을 호전시키는 것으로 나타났다.^9-18 또한 비타민 A의 전구체인 β-carotene과 함께 Spirulina에 있는 카로티노이드 성분들인 lycopene과 zeaxanthin이 임상적으로 궤양성 대장염의 증상을 개선하였고, 비타민 A 자체가 궤양성 대장염에서 점막 치유 및 임상 경과를 호전시킨다는 연구도 있었다.^19-21 실험적 장염의 경우 trinitrobenzene sulfonic acid와 초산(acetic acid)으로 유도된 염증성 장질환 백서(rat) 모델에서 각각 Spirulina와 S. platensis를 경구로 투여하였을 때 항산화 및 항염증 효과를 나타내는 것으로 보고되었고 최근 dextran sulfate sodium (DSS) 유도 백서 장염에서도 S. platensis의 수성 알코올(hydroalcoholic) 추출물이 보호 효과가 있음을 제시한 바 있다.^12,22,23 염증성 장질환 동물 모델 중에 trinitrobenzene sulfonic acid 유도 장염은 크론병의 병태생리와 유사한 반면에 초산과 DSS 장염 모델은 궤양성 대장염에 가까운 실험 모델로 여겨지고 있다.²⁴

이번에 발표한 Garcia 등²⁵의 연구에서는 염증성 장질환에서 S. platensis 추출물의 효과를 확인하기 위해 6-8주령의 수컷 C57BL/6 마우스에 3% DSS로 장염을 유발하였고 여러 용량(50, 100, 250 mg/kg/day)의 S. platensis 추출물을 구강으로 5일간 투여하여 건강 대조군, 생리식염수만 투여한 DSS 장염군과 함께 각 군의 체중 변화, 임상 양상, 사이토카인 생성 및 대장 구조의 차이를 비교하였다. S. platensis 추출물은 목표한 농도를 얻기 위해 건조된 S. platensis 바이오매스(biomass)를 생리식염수에 침연(maceration)하여 획득하였다. 실험 결과 DSS 투여에 의한 마우스의 체중 감소가 S. platensis 용량이 증가할수록 유의하게 줄어드는 것으로 나타났으며 변의 굳기, 혈변 등을 통해 평가한 장염 증상과 대장 점막의 부종, 단핵세포 침윤 및 음와(crypt) 손상이 S. platensis를 사용한 군에서 유의한 호전을 보였는데, 이러한 차이는 고용량(250 mg/kg)을 사용한 경우에 더 뚜렷하게 나타났다. DSS 유도 장염에서 염증성 사이토카인이 상승하였으며 S. platensis를 투여한 군에서 TNF-α, IFN-γ는 유의하게 감소하였으나 IL-4, IL-6, IL-17, IL-27의 경우 유의한 차이는 관찰되지 않았다. 항염증성 사이토카인인 IL-10의 경우 저용량(50 mg/kg)과 고용량(250 mg/kg)의 S. platensis를 투여하였을 때 오히려 유의하게 감소하여 이러한 염증 조절 작용이 항염증 분자의 유도보다는 주로 TNF-α, IFN-γ와 같은 핵심적인 사이토카인의 억제로 인한 것일 수 있음을 보여주었다.

이번 연구에서 S. platensis와 기존 염증성 장질환 치료제의 직접적인 효능 비교는 없었으나 이전에 초산과 DSS 백서 모델을 이용한 연구들에서 S. platensis를 사용하였을 때 sulfasalazine과 비교하여 더 나은 치료 효능을 보이거나 유의한 차이를 보이지 않았다.^22,26 S. platensis의 항염증, 항산화 효과는 적어도 부분적으로는 주요 색소 성분들인 β-carotene과 같은 카로티노이드와 피코시아닌(phycocyanin)에 의한 것으로 보이는데 이러한 물질들을 통해 nitric oxide, prostaglandin E2 (PGE2), cyclooxygenase-2, nuclear factor-κB, TNF-α, IL-1β를 억제할 수 있다.^19,23,26,27 그러나 이번 연구에서 PGE2, cyclooxygenase-2와 같은 염증 매개물질에 대한 효과는 측정하지 않았고 S. platensis 추출물 중에서 구체적으로 어떠한 분자가 면역조절 및 항염증 작용과 직접적인 관계가 있는지에 대한 분석은 없었다. 실험 결과 점막의 염증 지표인 myeloperoxidase와 nitric oxide, 몇 가지 사이토카인에 대해서는 S. platensis가 용량 의존적인 효과를 보여주지 못하였는데, 이전에 초산과 DSS 유도 장염 백서 모델에서 각각 S. platensis의 분말(500 mg/kg)과 수성 알코올 추출물(200 mg/kg)을 15일간 투여하였을 때 TNF-α와 IL-6의 유의한 감소와 조직 myeloperoxidase의 활성도 감소를 보여준 바 있다.^22,26 S. platensis의 미정제(crude) 추출물은 특유한 화학적, 생물학적 특성을 가진 분자들의 복합체로 균일하지 않게 구성되어 있는데, 이번 연구에서는 생리식염수 추출물을 사용하였고 투여 기간이나 용량이 이전 연구들과 달랐던 점이 이러한 결과에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 또한 PGE2와 같이 용량에 따라 염증을 촉진하거나 억제하는 이중 작용을 하는 분자들이 생리식염수 추출물에 존재할 수 있는데, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.²⁸

Garcia 등²⁵의 이번 실험 연구는 S. platensis가 염증성 장질환, 특히 궤양성 대장염에서 항염증, 면역조절 작용을 통해 질병을 치료하고 관리하는 데 유용할 수 있음을 보여주었다. 이러한 미세조류는 이미 기능성 식품으로 사용되고 있고 부작용이 거의 없으므로 특히 안전성 측면에서 유리할 것으로 여겨진다. 그러나 S. platensis가 동물 실험에서뿐만이 아니라 실제로 환자들에게 효과가 있는지 알기 위해서는 앞으로 이에 대한 임상 연구가 필요하다고 할 수 있다. S. platensis의 사용이 염증성 장질환 환자들의 치료에 새로운 대안이 되기를 기대해 본다.