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Osteoclast vs Osteoblast network system
뼈에 대한 생리학이나 생물학을 연구하는 분야 중 2000년 이후 stem cell(줄기세포)이나 미분화세포들을 이용한 골모세포(osteoblast)와 골세포(osteocyte)의 숫자를 늘리고 뼈의 생성비율을 높이는 데 관심이 집중되어 왔다. 특히 치과임플란트분야의 골이식은 골세포를 증가시킬수 있는 뼈 재료의 관심에 집중되어 왔다. 그러나 이러한 뼈 재료들은 골전도(osteoconduction)에 주요한 관심으로 집중되었고 골다공증이나 류마티스관절염 등의 질환에 대한 뼈의 치료는 파골세포(osteoclast)의 수 억제나 작용 억제를 중심으로 연구가 진행됐고 그러한 치료방법이 골다공증이나 류마티스관절염 등을 치료할 수 있을 것이라는 막연한 동조를 받아 왔다.

2010년도 이후 뼈 생물학이나 골이식학, 골치유연구를 하는 기초와 임상가 모두에게서 골세포나 파골세포의 수가 증가하고 감소하는 것만으로는 골치유나 골이식의 성공률을 높이는 방안이 아님을 증명하고 있다. 이러한 문제점들은 골다공증 치료제로 널리 사용되고 있는 bisphosphonate계열의 약물의 부작용이 광범위하게 증가하고 있다라는 사실과 류마티스관절염 약으로 사용되는 다양한 약물, steoriod, 비마약성진통계 등이 골괴사증과 골면역을 감소시키는 부작용을 유발한다는 사실만으로도 새로운 연구가 진행되어야 한다는 생각이 확산되고 있다.

1) 뼈리모델링과 파골세포와의 관계
뼈는 단백질과 광물의 복합조직으로 지속적인 리모델링을 한다. 뼈가 성장하고 손상을 치료하고 칼슘 및 인산염 대사를 조절하는 역할을 담당하고 있으며 리모델링 과정에서 뼈를 흡수하는 파골세포와 골흡수성 물질, 뼈를 형성하는 골아세포(osteoblast)는 뼈를 형성하는 기본 다세포 단위로 인식하고 있다. 

A. Osteoclast (OC)는 osteocytes를 포함한 osteoblast (OB) 혈통 세포에서 생산되는 MCSF와 RANKL의 영향으로 OC 전구체 (OCP)와 구별된다. OCs가 흡수 구덩이를 만들 때, TGFβ와 IGF1을 포함하는 성장 인자가 뼈대로부터 방출된다. 이러한 성장 인자는 중간 엽의 조골 세포 전구 세포를 모집하고 골 흡수된 뼈의 영역을 채우기 위해 뼈를 분비하는 성숙한 세포로 분화를 촉진할 수 있다. 일부 산부인과는 골수를 박아 넣은 골 세포로 더 구분된다.

B. OCs는 OB progenitors를 모집하고 확산과 분화를 촉진시킬 수 있는 다수의 clastokine을 생산한다(표 1 참조).

C. 세포 - 세포 접촉 메커니즘은 또한 OC-OB 통신을 매개 할수 있다. OC ephrin과 OB Eph 수용체로부터의 양방향 신호 전달과 OB에서의 RANKL을 통한 역 신호 전달이 모두 제기되었다. Abbreviations: MCSF, macrophage colony stimulating factor; RANKL, receptor activator of NF-κB ligand; TGFβ, transforming growth factor β; IGF1, insulin-like growth factor 1.(Julia F. Charles and Antonios O. Aliprantis, Osteoclasts: more than ‘bone eaters’Trends Mol Med. 2014 August ; 20(8): 449–459.에서 발췌했음)

파골세포는 골세포에 의해 제공되는 cytokines인 MCSF(대식세포 식민지 자극인자)와 NF-κB 리간드(RANKL)의 수용체 활성제의 영향 하에 골수 전구 물질과 차별화된 multinucleated 거대한 세포다. 파골 세포는 단백질 분해 효소(예, 카텝신 K)와 산을 가수 분해하고 뼈의 유기 및 무기 성분을 각각 용해시킨다. 파골세포와 골모세포 간 커플링이 깨질 경우 재흡수와 형성 사이의 섬세한 균형이 상실되게 되면 뼈 질환이 발생하게 된다. 이러한 현상은 골다공증 환자의 치료제로 사용되는 bisphosphonate 계열의 약물에서 부작용으로 다수 보고되고 있다. 재흡수 기전을 감소시켜서 골 감소를 유도함으로써 골다공증을 치유하겠다는 기작에서 출발했던 bisphosphonate 계열의 약물인 악토넬, 본비바 등의 약물들은 파골세포와 골모세포 간의 커플링 네트워크 관계를 파괴함으로써 골 재생의 메커니즘을 불능의 상태로 만들게 됐다.
 

2) 약물성 골괴사증은 파골세포의 기능을 억제해서 발생한다
턱 골괴사증(ONJ)은 턱뼈의 노출을 수반하는 구강 질환이다. 어떠한 증상도 경험하지 않는 사람들이 있긴 하지만, 턱 골괴사증은 보통 통증을 수반하고 고름이 배출될 수 있다. 이 질환은 자연적으로 또는 발치, 외상 또는 머리와 목에 대한 방사선 요법(이 경우 이 질환을 방사선 골괴사라고 함) 후 발생할 수 있다.

턱 골괴사증은 실제로 뼈 감염(골수염)으로 골괴사증이 아닐 수 있다. 턱 골괴사증은 최근 고용량의 비스포스포네이트를 정맥으로 투여받은 사람들, 특히 암을 앓고 있거나 이 약물을 투여받는 동안 구강 수술을 받은 사람들에서 관찰된다. 턱 골괴사증은 골다공증 치료제로 경구 복용한 비스포스포네이트의 일상적인 사용과 관련이 없다라는 보고도 있지만 최근에는 장기복용을 3년 이상 시행했을 경우 골괴사증이 발생하는 것으로 알려지고 있으며 이러한 증상은 파골세포의 기능 이상으로 발생한다는 사실이 밝혀진 바 있다.

국내에서 약물성 골괴사증의 대표적인 bisphosphonate related osteonecrosis of jaws(BRONJ)의 유병률은 3년 이상 bisphosphonate를 복용하거나 1년 이상 주사제를 투여받은 환자에게서 2~10% 내외에서 발생하는 것으로 보고되고 있다. 이때 약물의 복합투여가 더욱 증폭시키는 것으로 알려지고 있다. 특히 관절염 치료제로 사용되는 스테로이드 계열 약물과 비스포스포네이트 계열의 약물을 복합 투여하거나 고지혈증치료제와 비스포스포네이트 계열의 약물을 동시 투여받는 경우에는 골괴사증의 유병률을 더욱 증가하는 것으로 보고됐다. 이에 치과 임상에서 약물복용 여부와 성분에 대한 분석이 무엇보다 중요하게 됐다(Figure 2-2 case presentation).
 

<다음호에 계속됩니다.>

권경환 원장 arirang@dentalarirang.com 기자의 다른기사 >