흉막폐렴균은 돼지 호흡기 질병 중에서 가장 흔하게 확인되는, 전염성이 강한 세균성 병원체이다. 흉막폐렴균은 숙주의 건강의 약화 또는 세균의 성장에 좋은 조건을 잘 활용하여 증식한다. 결국 독성 증가로 폐에 손상을 준다.

흉막폐렴균에는 많은 독성인자들이 존재한다. 아직까지 그 전부가 완전히 밝혀지지 않았지만, 주요 독성인자인 Apx(외독소), LPS(지질다당류), CPS(캡슐다당류)에 대해서는 이전부터 잘 알려져 있다. 이에 대한 방어능력에 따라 크게 ‘박테린백신’, ‘톡소이드백신’로 구분된다.

돼지흉막폐렴의 분자병리학적 발병기전은 매우 복잡하며, 이는 CPS(캡슐다당류), LPS(지질다당류), Apx, OMPs(외막단백질), IV 형 섬모와 같은 다양한 독성인자들과 관련이 있다. 이러한 독성인자들은 세균의 집락형성, 영양분 획득, 숙주의 방어면역 회피를 위해 필요한 것인데, 숙주에서는 임상적으로는 폐병변의 형성을 초래한다.

흉막폐렴균의 부착과 주요 부착인자

흉막폐렴 발병 과정의 첫 단계는 숙주세포에 부착하여, 그 곳에 집락을 형성하는 것이다. 이것은 세균의 부착인자와 그것과 관련 있는 숙주세포의 수용체 사이의 상호작용을 통하여 이루어진다.

흉막폐렴균은 하부호흡기의 점막표면에 우선적으로 결합하지만, 검출 시엔 하부호흡기 외에도 편도와 비강에서도 발견이 된다. 기침에 의해 발생하는 에어로졸은 하부호흡기에 바로 침투할 수 있을 정도로 충분히 작기 때문에, 폐 감염에서는 상부호흡기 내 집락이 필요하지 않다.

주요 부착인자이자 독성인자인 LPS(지질다당류)는 크고 복잡한 분자로, 직접적으로 숙주세포의 수용체와 상호작용한다. 그 구성요소 중 하나인 O-사슬은, 초기의 저친화성 부착에 관여하며 당분자의 반복 개수와 유무가 혈청형에 특이적이다. 이것의 복잡성이 높을수록 돼지 호흡기 조직에 대한 부착력이 높아진다.

LPS 코어 올리고당은 높은 친화력을 제공하며, 폐에서의 최종 집락형성과 성장에 중요한 역할을 한다. LPS는 APX독소와 폐포와 혈관내의 대식세포를 활성화시키는데, 그 결과 독성산소 대사물과 단백질 분해효소, 다양한 사이토카인이 방출된다. 폐병변이 심화되는 과정에서 LPS의 역할은 APX독소의 작용에 따라 달라지며, 정확한 상호작용 방식은 아직 설명되지 않았다.

CPS(캡슐다당류)는 균주 특이적이며, 지금까지 알려진 19개 혈청형을 결정하는 인자이다(Ap-multiplex PCR). 세균의 입장에서 볼 때, CPS는 숙주면역체계에 대한 보호막인 캡슐을 형성하고, 다형핵과립구와 대식세포에 의한 식세포 활동 후 생존을 증가시키기 때문에 아주 중요하다. CPS는 흉막폐렴균의 집락 형성과 성장 동안, 최적의 부착, Apx(외독소) 방출, 그리고 대사활동을 할 수 있게 한다.

흉막폐렴 컨트롤의 핵심 : Apx 독소

Apx는 흉막폐렴균이 생성하는 외독소로 Apx I, II, III, IV 총 4가지가 있다. 이 외독소들은 숙주의 면역을 회피하고 결과적으로 임상증상 및 폐병변을 일으킨다. 흉막폐렴균의 혈청형은 모두 19가지로 알려져 있는데, 극소수의 예외를 제외하고 모든 혈청형은 Apx IV를 생산하며, 그와 더불어 Apx I ~ III 중 한두 개의 독소를 생산한다.

흉막폐렴균이 생성하는 Apx I, ll, III, IV 4가지 외독소 중 Apx I, II, III 3가지의 외독소들 만이  돼지에서 흉막폐렴을 일으킨다. 이를 모두 방어할 수 있는 백신이라면, 농장에서 발병한 흉막폐렴의 혈청형에 상관없이 흉막폐렴을 방어할 수 있기에 백신의 선택에 있어서 중요한 열쇠가 된다.

많은 사람들에게 생소한 Apx IV는 흉막폐렴균에 의해 살아있는 돼지의 체내(In Vivo)에서만 발현되며, 기관지 폐포액 및 괴사성 폐조직과 접촉하면 그 생산량이 증가한다. Apx IV는 독성과 용혈성이 없는 것으로 알려져 있으며, 그 정확한 역할은 불분명하지만, 모든 혈청형은 Apx IV를 생산하기에, 진단적으로 유용하게 사용할 수 있는 도구가 될 수 있다.

Apx I, ll, III는 용혈 또는 세포독성을 통해 광범위하게 세포에 구멍을 형성하는 독소이다. 또한 대식세포와 다핵형 과립구 모두의 식세포 및 화학작용 기능을 손상시켜 면역을 회피하게 하고, 내피세포와 적혈구를 포함한 폐조직 세포의 용해를 통해 흉막폐렴균의 영양분 획득을 도우며 동시에 LPS와 함께 조직손상도 일으키는 것으로 알려져 있다.

보통 Apx I 와 Apx II의 조합의 경우 독성이 높은 것으로 여겨진다. Apx Il 와 Apx IlI의 조합은 중간 정도의 독성으로,  Apx I ~ lll 중 하나의 독소만 발현하는 경우 낮은 독성으로 각각 간주된다. 하지만, 이것은 지나친 단순화라고 할 수 있다. 그 이유는 위의 표와 같이 다양한 혈청형들이 다양한 종류의 Apx 외독소를 생성하는데, 그 외독소의 종류만으로 독성 정도를 확신할 수 없으며 때로는 농장의 상황에 따라 예상치 못한 결과가 발생하는 경우도 확인되기 때문이다.

다음 편에서 계속…

References:

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