# 황색포도상구균, 피부상재 포도상구균 및 여드름균이 피부 장벽 단백질 및 지질 합성에 미치는 차별적 조절 효과에 관한 연구

[코스인코리아닷컴 길태윤 기자] 피부 마이크로바이옴 연구가 단순히 ‘어떤 균이 존재하는가’를 넘어 각각의 미생물이 피부 장벽에 어떤 방식으로 작용하는지로 확장되고 있다. 같은 피부 상재 미생물이라도 병원성 여부와 피부 구조 환경에 따라 장벽 단백질과 지질 대사에 전혀 다른 영향을 줄 수 있기 때문이다.

이번 논문은 분당차병원 피부과 김해빈·김아람 연구원, 신정우 부교수와 (주)애경산업 김한영 연구원이 참여해 Staphylococcus aureus(S. aureus), Staphylococcus hominis(S. hominis), Cutibacterium acnes(C. acnes)가 피부 장벽 관련 단백질과 지질 합성에 미치는 차이를 비교 분석한 내용을 다뤘다. 원고는 Annals of Dermatology에 게재된 논문을 바탕으로 국내 독자를 위해 한글로 작성됐다.

피부 장벽은 필라그린(filaggrin, FLG), 로리크린(loricrin, LOR), 인볼루크린(involucrin, IVL) 같은 장벽 단백질과 세라마이드, 콜레스테롤, 유리지방산으로 구성된 지질 매트릭스가 결합된 구조로 유지된다. 이러한 단백질과 지질의 균형이 무너지면 경피수분손실(TEWL)이 증가하고 아토피피부염이나 여드름, 건선 등 염증성 피부 질환과도 연결될 수 있다.

논문은 장벽 조절 과정에서 미생물의 역할을 보다 입체적으로 확인하기 위해 2D 각질형성세포 배양 모델과 3D 인공피부 모델을 함께 사용했다. 2D 모델은 미생물이 각질형성세포에 미치는 직접적인 영향을 확인하는 데 유용하고 3D 인공피부 모델은 층화된 표피와 각질층 구조를 재현해 실제 피부에 가까운 반응을 살펴볼 수 있다는 점에서 차이가 있다.

이러한 비교는 이번 논문의 중요한 관찰 지점이다. 같은 균이라도 세포 단위에서 직접 접촉할 때와 각질층 구조가 형성된 피부 모델에서 작용할 때 반응이 달라질 수 있기 때문이다. 피부 마이크로바이옴 연구에서 단순한 균 처리 결과뿐 아니라 피부 구조 환경까지 함께 봐야 하는 이유를 보여준다.

가장 뚜렷한 차이는 S. aureus에서 나타났다. S. aureus는 각질형성세포에서 FLG, LOR, IVL 발현을 감소시켰고 ELOVL 계열 효소와 FASN 등 지질 합성 관련 유전자 발현도 억제했다. Oil Red O 염색에서도 지질 방울의 수와 크기가 줄어들어 S. aureus가 피부 지질 장벽 형성을 저해할 가능성이 제시됐다.

반면 3D 인공피부 모델에서는 일부 장벽 단백질 발현 증가가 관찰됐다. 논문은 이러한 차이가 완전한 각질층 구조와 균의 직접 접촉 여부, S. aureus가 분비하는 물질에 따른 반응 차이에서 비롯될 수 있다고 설명했다. 이는 병원성 균의 장벽 조절 효과도 피부 모델의 구조적 조건에 따라 다르게 해석될 수 있음을 보여준다.

S. hominis는 피부 장벽 유지에 긍정적인 방향의 변화를 보였다. 각질형성세포에서 FLG와 LOR 발현이 증가했고 3D 인공피부 모델에서도 LOR과 IVL 발현이 유의하게 높아졌다. 면역형광염색 결과에서도 장벽 단백질 발현이 전반적으로 강화되는 양상이 확인됐다.

지질 합성에서도 S. hominis의 영향은 뚜렷했다. Oil Red O 염색에서 지질 축적이 증가했고 각질형성세포와 3D 인공피부 모델에서 ELOVL 계열과 FASN 발현이 증가했다. 특히 S. aureus와 공동 처리했을 때도 장벽 단백질과 지질 합성 효소 발현 증가 효과가 유지된 점은 주목할 만하다. 이는 공생균인 S. hominis가 병원성 균에 의해 약화될 수 있는 장벽 환경을 보완하는 방향으로 작용할 가능성을 시사한다.

C. acnes 역시 기존에 여드름 병인과 연관된 균으로 알려져 있지만 이번 논문에서는 장벽 단백질과 지질 합성을 촉진하는 방향의 결과가 함께 제시됐다. 각질형성세포에서는 FLG와 LOR mRNA 발현이 증가했고, 3D 인공피부 모델에서는 IVL 발현 증가가 확인됐다. 이는 C. acnes의 장벽 조절 효과가 표피 분화 상태와 적용 방식에 따라 달라질 수 있음을 보여준다.

지질 대사 측면에서도 C. acnes 처리군은 지질 방울의 수와 크기가 증가했다. 각질형성세포에서는 ELOVL1, ELOVL3, ELOVL4, ELOVL6, FASN의 mRNA 발현이 전반적으로 증가했으며 인공피부 모델에서도 일부 지질 합성 관련 유전자의 증가가 확인됐다. 논문은 이를 통해 C. acnes가 피부 장벽 지질 형성에 관여할 가능성을 제시했다.

이번 논문이 주목되는 이유는 피부 미생물을 단순히 유익균과 유해균으로 나누는 데 그치지 않고 각각의 균이 장벽 단백질과 지질 합성 경로를 어떻게 다르게 조절하는지 비교했다는 점이다. S. aureus는 지질 합성과 장벽 단백질 발현을 억제하는 방향으로 작용한 반면, S. hominis와 C. acnes는 장벽 단백질과 지질 합성 관련 유전자 발현을 증가시키는 경향을 보였다.

그림 피부 미생물에 따른 피부 장벽 단백질과 지질 대사의 차별적 조절

또 하나의 의미는 2D 각질형성세포와 3D 인공피부 모델 간 반응 차이를 함께 제시했다는 데 있다. 실제 피부는 단일 세포층이 아니라 각질층과 표피 분화 구조를 가진 복합 환경이기 때문에 미생물의 작용을 해석할 때 모델의 구조적 차이를 고려해야 한다. 이는 향후 마이크로바이옴 기반 소재나 장벽 개선 제품을 평가할 때도 중요한 기준이 될 수 있다.

논문은 이러한 결과가 피부 공생균이 장벽 항상성을 강화하는 데 기여할 수 있고 병원성 균은 장벽 기능 저하와 연관될 수 있음을 보여준다고 정리했다. 특히 S. hominis가 S. aureus와 함께 처리된 조건에서도 장벽 단백질과 지질 합성 관련 효과를 유지했다는 점은 공생균의 기능적 역할을 이해하는 데 중요한 단서로 제시된다.

결국 이번 연구는 마이크로바이옴 기반 장벽 조절 전략을 설계할 때 단순한 균종 구성보다 특정 미생물이 장벽 단백질과 지질 대사에 미치는 기능적 차이를 함께 고려해야 한다는 점을 보여준다. 피부 장벽 개선, 민감성 피부 대응, 마이크로바이옴 기반 화장품 연구에서 균별 작용 기전을 세분화해 접근할 필요성을 제시한 셈이다.

피부 마이크로바이옴 연구의 다음 질문은 단순히 “어떤 균이 많은가”가 아닐 수 있다. 어떤 균이 어떤 피부 환경에서 장벽 단백질과 지질 대사를 어떻게 바꾸는지 그리고 그 차이를 어떻게 제품 설계와 평가 전략으로 연결할 수 있는지가 앞으로의 과제로 남는다.

관련 논문은 코스메틱저널코리아 4월호에서 전문을 볼 수 있다.(https://cosinkorea.com/news/article.html?no=57234)