위산 속에서 살아남는 Helicobacter pylori는 위벽을 어떻게 바꿀까?

사람의 위는 강한 산성 환경 때문에 많은 세균이 오래 살아가기 어렵다. Helicobacter pylori도 산을 좋아하는 세균은 아니다. 성장에 적합한 환경은 중성에 가깝지만, 위 점액층 안에서 산에 적응하고 상피 가까운 곳으로 이동하면서 오랫동안 정착할 수 있다. 현재 Helicobacter pylori는 유효하게 공표된 정명이며, 처음에는 Campylobacter pylori로 불렸으나 1989년 Helicobacter 속으로 옮겨졌다. 표준균주에는 NCTC 11637, ATCC 43504, JCM 12093 등이 같은 균주에 연결돼 있다. 한편 병원성 연구에서는 26695, J99, G27 등 서로 다른 연구 균주가 사용되므로 특정 균주의 결과를 종 전체의 동일한 성질로 확대해서는 안 된다.

urease와 UreI가 세균 주변의 산도를 조절한다

Helicobacter pylori가 위에서 버티는 핵심 장치 가운데 하나는 요소분해효소인 urease다. 위액과 조직에 존재하는 요소가 세균 안으로 들어오면 urease가 이를 암모니아와 이산화탄소로 분해한다. 산성 조건에서는 세포막의 UreI라는 요소 통로가 열려 요소가 세포 안으로 더 빠르게 들어가고, 생성된 물질은 세포질과 세포막 바깥쪽의 산도를 조절하는 데 쓰인다. 주변질에 존재하는 탄산무수화효소도 이산화탄소를 중탄산염으로 바꾸면서 완충에 기여한다. 이런 과정을 통해 세균은 강한 산성 환경에서도 내부 기능을 유지할 수 있다.

중요한 점은 H. pylori가 위 전체의 위산을 중화하는 것이 아니라는 사실이다. 산 적응 연구에서는 UreI와 urease, 탄산무수화효소가 함께 작동해 세균 주변의 미세환경과 주변질 pH를 조절하는 것으로 설명한다. 실제로 UreI가 없는 돌연변이는 생리적인 농도의 요소가 있는 산성 조건에서 생존 능력이 크게 떨어진다. 따라서 '위산에도 끄떡없는 세균'이라는 표현보다는, 산이 강해질수록 요소 이용 체계를 가동해 자신에게 필요한 국소 환경을 만드는 세균이라고 이해하는 편이 정확하다.

편모로 점액층을 이동하고 부착 단백질로 자리를 잡는다

산에 적응했다고 해서 위 내강 어디에서나 안정적으로 살 수 있는 것은 아니다. H. pylori는 휘어진 막대 또는 나선형에 가까운 형태를 가지며 한쪽 끝의 여러 편모를 이용해 위 점액층 안을 이동한다. 위 내강 쪽은 산도가 매우 낮지만 상피세포 가까이 갈수록 조건이 달라지기 때문에 주화성 감지와 편모 운동은 적절한 위치를 찾는 데 중요하다. 점액층은 세균을 위산으로부터 어느 정도 보호하는 공간이면서 동시에 계속 교체되는 환경이므로, 이동성과 정착 능력이 함께 필요하다. 또 H. pylori의 운동은 단순히 점액을 뚫는 힘만으로 설명되지 않는다. 세균은 산도와 여러 화학 신호의 차이를 감지해 이동 방향을 조절하며, 위의 서로 다른 부위에서 살아남는 데 이런 주화성 반응이 관여한다.

상피 가까이에 도달한 뒤에는 BabA와 SabA 같은 부착 단백질이 숙주 표면의 당 구조를 인식하는 데 관여한다. BabA는 Lewis b와 같은 푸코실화 항원에 결합할 수 있고, SabA는 염증이 진행된 점막에서 증가할 수 있는 시알릴화 당 구조와 결합한다. 하지만 이런 단백질의 존재와 발현은 균주마다 다르고, 숙주의 점막 상태도 계속 변한다. 같은 Helicobacter pylori라도 부착 양상과 지속 감염 능력이 완전히 같지 않은 이유 가운데 하나다.

CagA와 VacA는 상피세포와 염증 반응에 영향을 준다

일부 H. pylori 균주는 cag 병원성 섬을 가지고 있으며, 여기에 암호화된 IV형 분비계를 통해 CagA 단백질을 위 상피세포 안으로 전달할 수 있다. 세포 안으로 들어간 CagA는 세포 골격과 극성, 세포 사이 접합, 증식 신호에 관여하는 여러 숙주 단백질과 상호작용한다. 또 다른 독성인자인 VacA는 세포 내 막 구조와 면역세포 기능에 영향을 줄 수 있다. 이 작용들이 곧바로 암을 만든다는 뜻은 아니다. 장기간 감염과 염증으로 위 점막 환경이 달라지는 과정이 누적되고, 균주의 독성인자와 숙주 요인이 겹치면서 질환 위험이 달라진다.

만성 감염이 지속되면 위염이 유지되고 일부 사람에서는 위축성 위염과 장상피화생 같은 변화가 이어질 수 있다. 국제암연구소와 미국 국립암연구소는 만성 H. pylori 감염이 위선암과 위 MALT 림프종의 원인이 될 수 있다는 근거를 인정하고 있다. 그렇다고 감염자가 모두 궤양이나 위암으로 진행하는 것은 아니다. 실제 임상 결과에는 감염 기간, CagA를 포함한 균주의 특성, 숙주의 면역 반응과 유전적 배경, 흡연과 염분 섭취 같은 환경 요인이 함께 영향을 준다.

같은 세균이 있어도 위벽의 결과는 사람마다 다르다

Helicobacter pylori를 단순히 유익균 또는 유해균 한 단어로만 설명하기는 어렵지만, 사람에게 질병을 일으킬 수 있는 확립된 병원체라는 사실은 분명하다. 동시에 감염 여부만으로 개인의 위벽 상태나 미래의 질환을 예측할 수도 없다. 같은 세균이 존재해도 위 점막 변화의 정도와 진행 속도가 서로 다르기 때문이다. 증상이 없다는 이유만으로 감염의 의미가 사라지는 것도 아니며, 검사나 치료 여부는 개인의 임상 상황을 기준으로 판단해야 한다.

내가 이 세균을 설명할 때 가장 경계하는 표현은 '강한 위산을 견디는 독한 세균'처럼 생존과 병원성을 하나로 묶는 방식이다. 실제로는 산 적응, 점액층 이동, 부착, 독성인자 작용이 서로 다른 단계이고 각 단계에서 균주 차이와 숙주 조건이 개입한다. 특히 CagA 같은 인자를 소개할 때 해당 인자가 있다는 사실과 실제 질환이 생긴다는 결과를 같은 의미처럼 쓰지 않는 것이 중요하다. H. pylori의 위험을 과소평가하지 않으면서도 감염이 곧 암이라는 식의 공포를 만들지 않는 설명이 가장 정확하다고 본다.

참고자료

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• National Cancer Institute. Helicobacter pylori (H. pylori) and Cancer.