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Cytokine과 metabolite는 면역 반응의 핵심 조절자로서, 면역세포와 주변 환경 간의 복잡한 상호작용을 조율합니다. Cytokine은 세포, 특히 면역세포에서 분비되는 작은 단백질로, 면역, 염증, 조혈(hematopoiesis, 혈액 세포 형성 과정) 과정을 매개하고 조절하는 중요한 신호 전달 분자입니다. 반면, metabolite는 세포 대사 과정에 필수적인 저분자 물질로, 세포에 필요한 에너지를 제공합니다. 주요 metabolite로는 포도당(glucose), 지방산(fatty acid), 아미노산(amino acid) 등이 있습니다. Cytokine과 metabolite는 면역 반응의 주요 과정에 아래와 같이 영향을 미칩니다.

▶ 에너지 생산: Metabolite와 cytokine은 면역세포가 활발히 반응하는 동안 필요한 에너지를 공급하는데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, metabolite는 glycolysis, TCA cycle 및 oxidative phosphorylation과 같은 대사 경로를 통해 면역세포가 효과적으로 기능할 수 있도록 에너지를 제공합니다. IFN-γ (인터페론 감마)와 같은 cytokine은 glycolysis를 촉진하여 effector 면역세포가 빠르게 반응하고 증식할 수 있도록 에너지를 제공합니다(Chattopadhyay et al., 2023). 한편, IL-10과 같은 cytokine은 oxidative phosphorylation을 유도하여 면역 반응을 억제하는 조절 T 세포의 분화를 촉진합니다(Ouyang and O’Garra, 2019). 

▶ 염증 반응: Succinate와 같은 metabolite는 세포 내에서 위험 신호로 작용하여 대식세포(macrophage)에서 축적되어 IL-1β 생성을 증가하도록 함으로써 염증 반응을 증폭시킵니다(Tannahill et al., 2013). 반대로, itaconate와 같은 다른 metabolite는 IL-6 및 IL-1β와 같은 염증성(pro-inflammatory) cytokine의 생성을 억제하여 항염증(anti-inflammatory) 효과를 보여줍니다(Li et al., 2023). TNF-α, IL-1β, 및 IL-6과 같은 cytokine은 대식세포와 호중구(neutrophil)와 같은 면역세포를 염증 부위로 모으고 활성화하여 면역 반응을 증폭시킵니다. 반대로, 항염증성(anti-inflammatory) cytokine으로 알려진 IL-37은 염증 신호를 억제하여 염증 반응을 감소시킵니다(Allaire et al., 2021). 이러한 방식으로 cytokine은 세포 간의 커뮤니케이션을 용이하게 하여 신체 전반에 걸쳐 면역 반응을 조절합니다(Cui et al., 2024). 

▶ 영양소 감지와 대사 적응: Metabolite는 영양소 신호로 작용하여 면역세포 내에서 mTOR 활성과 다른 영양소 감지 경로를 조절할 수 있습니다. 예를 들어, mTOR signaling과 관련된 glutamine은 TCA cycle을 촉진하여 활성화된 림프구와 대식세포의 빠른 증식을 지원합니다(Bodineau et al., 2021). Cytokine 또한 면역세포에서 영양소 흡수와 활용에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, IL-6의 분비 환경에 따라 지방 조직에서 대식세포의 축적을 촉진하거나 억제시켜 생리학적 상황에 적합한 생물학적 반응을 유도합니다(Han et al., 2020). 

Cytokine과 metabolite가 관여하는 메카니즘의 조절 이상은 다양한 질병의 발병과 진행에서 중요한 역할을 합니다. 특정 cytokine이 과도하게 증가하거나 혹은 감소하는 것은 만성 염증 또는 면역 억제를 유발하여 자가면역 질환, 감염, 암과 같은 질병의 발생에 기여할 수 있습니다. 이와 유사하게, metabolite 농도 이상은 세포 기능을 손상시켜 당뇨병, 심혈관 질환, 신경계 질환과 같은 대사성 질환으로 이어질 수 있습니다. 전신홍반성루푸스(Systemic Lupus Erythematosus, SLE) 및 다발성경화증(Multiple Sclerosis, MS)과 같은 자가면역 질환에서는 비정상적인 cytokine과 metabolite 프로파일이 자가반응성 면역세포의 활성화과 지속성을 촉진하여 조직 손상 및 만성 염증을 유발합니다(Psarras & Clarke, 2023). 또한, 다양한 암에서 종양 세포는 cytokine을 조정하거나 metabolite 수준을 변경하여 면역 억제 환경을 조성하고 이를 통해 생존과 성장을 도모하는 것으로 나타났습니다(Cortellino & Longo, 2023). 따라서 cytokine과 metabolite의 조절 이상이 질병 메커니즘에 어떻게 영향을 미치는지 깊이 있는 이해하는 것은 표적 치료법을 개발하고 환자의 예후를 개선하는 데 필수적입니다.