세포손상의 기전

세포는 외부 자극에 대응하여 항상성을 유지하려는 성질을 갖고 있다. 하지만 이러한 자극이 항상성을 유지하려는 작용에 비해 강할 때 세포 손상이 일어나게 된다. 만약 자극이 없어지거나 자극을 견딜 수 있는 환경이 되면 세포는 다시 복원되어 정상적인 기능을 수행 할 수 있게 되지만 비가역적으로 손상이 심할 경우 결국 세포 사멸에 이르게 된다. 세포 손상의 기전과 여러가지 종류에 대해 알아보자.

 

수성 종창(Hydropic swelling)

수성 종창이란 세포 용적이 증가한 현상으로 핵 모양은 정상이나 세포질의 용적이 증가한 것으로 가역적인 손상에 해당한다. 수성 종창은 급성으로 일어나며 주로 독소나 바이러스에 노출 될 때, 기온이 너무 높거나 너무 낮을 때 주로 발생한다. 외부 자극에 의해 세포막에 존재하는 Na+/K+ ATPase의 작용이 방해를 받게 되어 Na+의 투과가 증가하여 펌프의 Na+ 배출 정도보다 유입되는 Na+의 양이 많을때, 또는 펌프에 직접적인 손상이 있을 때, ATP 합성에 문제가 생길 때 세포 내 Na+의 농도가 증가하게 되어 수성 종창이 발생하게 된다.

 

산화적 손상

여러 대사 과정에서 생기는 자유 라디칼이나 활성 산소 등은 반응성이 강하다. 이를 처리할 대사 과정에 문제가 생길 때는 직접적으로 세포의 구조에 손상을 입히는 원인이 될 수 있다. 이러한 활성 산소는 염증반응을 유발하고 암 생성의 원인이 될 수 있으며 노화를 일으키는 주요 원인이 된다. 

세포 내에는 superoxide dismutase, catalsse, glutathione peroxidase 와 같이 항산화 효소가 존재하며 비타민 C, 비타민 E 등과 같은 항산화 비타민들도 세포 내 자유 라디칼 제거에 도움을 주는 중요한 역할을 한다.

 

세포 소기관의 변화

세포 내 소기관들이 외부 자극에 의해 형태나 기능이 손상을 받게 된다. 미토콘드리아는 허혈성 상태에서 팽창하게 되고 에너지 전위를 조절 할 수 없게 된다. 소포체 또한 수성종창 발생과 함께 팽창하게 되고 급성 손상의 경우 세포막에 결합되어 있던 polysome 들이 조면소포체에서 분리 되기도 한다. 핵에 손상이 일어나면 핵인의 변화가 동반되는데 핵인의 섬유상과 과립상이 분리되는 현상을 보인다.

세포 소기관의 변화는 단백질 합성의 감소나 에너지 생성의 감소 같은 세포 기능을 손상 시키게 된다.

 

허혈성 세포 손상(Ischemia)

조직에 공급되는 산소의 양이 적어 지면 ATP생산이 어려워진다. 이 과정에서 무산소대사에 의해 ATP를 합성하게 되는데 이때 free radical이 형성 되고 세포에 직접적인 상해를 입힐 수 있다. 짧은 허혈성 손상은 가역적이지만, 오랜 시간에 걸쳐 허혈이 지속될 경우 세포 사멸에 이르게 된다.

 

허혈 후 재관류에 의한 손상

허혈 발생 후 생긴 자유 라디칼이 혈액 재공급에 의해 공급된 다량의 산소와 결합하여 활성산소가 발생하게 된다. 이 과정은 염증 조절 인자, 혈소판 활성인자에 의해 더 활성화 된다. 재관류성 손상은 보통 감염이나 쇼크, 폐색성 심혈관질환 등에서 관찰 된다. 재관류에 의한 손상은 3단계로 세포를 손상 시킨다.

1단계 : 허혈 기간이 짧을 경우 재관류에 의해 산소가 공급되고 세포 기능이 완전히 정상적으로 회복된다.

2단계 : 조금 더 허혈이 길어질 경우 재관류에 의해 세포 기능이 회복되지 않고 오히려 악화 되어 세포가 사멸 한다.

3단계 : 허혈 기간 중에 치명적인 세포손상이 발생하여 활성산소가 아닌 제3의 인자에 의해 세포가 손상 될 수 있다.

 

세포 내 물질 축적

1. 지방 

주로 간에서 지방 축적을 관찰 할 수 있다. 당뇨 환자의 경우 간으로 지방산의 이동이 증가하게 되고, 만성적인 알코올 섭취자의 경우 간 내의 지방 대사가 억제되어 중성지방이 축적 된다. 심장, 신장, 골격근 같은 장기에서는 경화 죽상판의 콜레스테로를 축적하게 된다. 지방 저장은 보통 가역적인 작용이며 회복 될 수 있고, 질병의 원인이 되기도 하지만 그 자체로 세포의 기능을 저하시키는 것은 아니다.

 

2. 석회화(Calcification)

칼슘은 정상적인 세포에서는 세포 내에 소량 존재하나 죽었거나 죽어가는 세포에서 세포 내 칼슘 농도가 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 세포 내 칼슘 조절 반응이  손상을 입기 때문이다. 비정상적인 조직 석회화(dystrophic calcification)은 축적된 칼슘이 육안으로 확인 될 만큼 형성 되어 있다. 이는 만성적인 과시조직으로부터 칼슘이 축적 된 것으로 만약 심장의 승모판이나 대동맥판을 막게 되면 심각한 결과를 초래할 수 있다. 전이 석회화(metastatic calcification)는 비정상적인 조직 석회화와 달리 칼슘 대사의 교란에 의해 발생하며 혈장 내 칼슘 농도가 증가하는 고칼슘혈증에 의해 발생한다. 이는 세포 손상을 일으키게 된다.

 

3. 멜라닌

멜라닌은 피부 표피에 존재하는 흑갈색 색소로 멜라닌 소체(melanosome)에 위치하고 있다. 이는 자외선으로 부터 피부를 보호하는데 햇빛에 의한 자극으로 인해 멜라닌 생성이 증가하게 될 수 있다

 

4. 철분이나 다른 금속

몸 속의 철분은 적혈구와 결합하여 산소 전달에 중요하게 작용하고 과량의 철분은 세포 내 ferritin 단백질과 결합하여 저장된다. 만약 철분이 과량 존재하여 철과다 증후군이 발생하면 심장, 간, 이자를 손상시킬 수 있으며 암의 원인이 되기도 한다. 

납(lead)의 과량 축적은 지적장애를 일으킬 수 있으며 구리(Cu)의 축적은 간과 뇌에 구리가 축적되어 질병을 유발 하게 된다.