애집개미(Monomorium pharaonis) 항원의 흡입성 알레르겐으로서의 역할 및 주알레르겐 특성 규명

Abstract

[한글]

개미에 의한 알레르기 질환은 침에 쏘인 후 나타나는 개미독 알레르기가 대표적으로 가벼운 종창에서부터 전신 알레르기반응까지 다양하게 나타날 수 있다. 개미에서 나오는 항원을 흡입하여 알레르기 질환이 발병한다는 보고는 현재까지 없는 상태이나, 실내에 주로 서식하는 애집개미가 흡입성 알레르겐으로 작용하여 기관지천식과 같은 호흡기 알레르기 질환을 일으킬 가능성이 있음이 최근 제시되었다. 현재 애집개미의 서식은 증가하고 있으며, 애집개미가 흡입성 알레르겐으로 작용한다면 추후 애집개미에 의한 호흡기 알레르기 환자도 계속 증가할 것이다. 그러나 현재까지 애집개미 항원이 흡입성 알레르겐으로 작용한다는 연구결과는 전혀 없는 상태로서 그에 대한 규명이 꼭 필요하다. 이에 본 연구에서는 애집개미 항원이 흡입성 알레르겐으로 작용한다는 가설을 세우고 이를 증명하고자 하였다.

먼저 매일 생활하는 실내 공간에 애집개미 항원이 존재하여 흡입에 의하여 노출이 가능함을 밝히고자 하였다. 이를 위하여 서울지역에 위치한 56가구를 계절별 (2001년 4월, 7월, 10월 및 2002년 1월)로 직접 방문하여 거실, 주방 및 침실에서 먼지를 채집하였다. 토끼를 면역시켜 애집개미에 특이적인 항혈청을 제조한 후, 채집한 집 먼지내에 애집개미 항원이 존재하는 지를 억제 ELISA 실험으로 측정하였으며, 거주자를 대상으로 애집개미-특이 IgE를 측정하였다. 애집개미 항원의 흡입 노출 가능성이 밝혀지면 주알레르겐을 확인하고 특성을 규명하였다. 이를 위하여 호흡기 알레르기 환자를 대상으로 IgE ELISA 및 억제 ELISA 실험을 시행하여 애집개미의 항원성 및 특이성을 확인하였으며, IgE immunoblotting 및 2-dimensional PAGE를 시행하여 알레르겐 성분 및 주알레르겐을 확인하였다. 그리고 주알레르겐에 대한 N-말단 아미노산 배열 순서를 결정하였다. 결과는 다음과 같았다.

서울지역 35.7% 가구의 실내 먼지에서 애집개미 항원이 검출되었다. 애집개미 항원은 계절에 영향을 받았으며, 가을 및 겨울 실내 먼지에서 봄 및 여름에 비하여 높은 농도로 측정되었다 (p<0.05). 실내에서 개미가 잡힌 가구에서 애집개미 항원의 검출률이 높았으나, 실내에 개미가 잡히지 않은 일부 가구에서도 높은 농도의 개미 항원이 검출되었다. 대상가구에 거주하는 거주자 중 11.5%에서 애집개미-특이 IgE 항체가 검출되었으며, 실내 먼지에서 애집개미 항원이 검출되는 가구에 거주하는 거주자 (19.6%)에서 검출되지 않는 가구의 거주자 (4.8%)보다 특이 IgE 검출률이 높았다.

541명의 호흡기 알레르기 환자를 대상으로 애집개미의 항원성을 조사한 결과, 14.8%의 환자가 애집개미 항원을 이용한 피부단자시험 및 특이 IgE 측정에서 양성반응을 보였다. 애집개미에 감작되어 있고 병력상 애집개미에 의한 천식이 의심되는 환자 10명을 대상으로 애집개미 항원-흡입 기관지유발시험을 시행한 결과, 9명의 환자가 양성반응을 보여 애집개미 알레르기에 의한 기관지천식을 임상적으로 확인하였다. 한편 애집개미 항원은 일부 환자에서는 전혀 교차반응을 나타내지 않았으나, 일부 환자에서는 마디개미, 바퀴, 집먼지진드기와 교차반응을 보이는 등 다양한 형태의 교차반응을 보였다. IgE immunoblotting 및 2-dimensional PAGE 상 애집개미 주알레르겐은 32 kDa 및 10 kDa로 확인되었으며, 32 kDa 알레르겐은 pI 값이 각각 5.62, 5.17, 5.00, 4.81 였고, 10 kDa은 5.58, 5.28, 5.22, 5.16 였다. 32 kDa 주알레르겐에 대한 N-말단 아미노산 배열을 확인하였으며, 그 결과 32 kDa 알레르겐들은 같은 아미노산 배열을 갖는 동일한 성분으로 마디개미의 chymotrypsin과 65%의 homology를 보였다.

이상의 결과로 애집개미는 도시 가구의 실내에 서식하며 여러 알레르겐 성분을 통하여 호흡기 알레르기 질환을 일으킬 수 있는 흡입성 알레르겐으로 작용함을 최초로 규명하였으며, 주알레르겐을 확인하고 그 특성을 함께 규명하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 향후 다양한 분자생물학적 연구를 통한 진단용 시약 및 치료용 약제 개발이 필요할 것으로 사료된다.

[영문]

The sting from ants can cause a range of allergic responses including anaphylaxis in sensitized individuals. There has been no data about the role of ant in the pathogenesis of respiratory allergic diseases. In recent years the indoor house ant, Monomorium pharaonis (pharaoh ant), has become a widely spread household throughout the Korea and other parts of the world. Although it was recently mentioned as a possible cause of respiratory allergies, no detailed study has been performed whether pharaoh ant represents an indoor inhalant allergen source. This study was performed to prove the hypothesis that pharaoh ant has potential to liberate several allergenic materials which play an important role in the pathogenesis of respiratory allergy.

The pattern of distribution and the amount of pharaoh ant antigens in the living environment were measured to determine whether inhalant exposure to pharaoh ant antigens can be occurred by domestic activities. Home visiting and collection of floor dusts were performed at 3-month interval for 1 year at 56 houses in Seoul, Korea. Pharaoh ant antigens in fine dusts were detected and quantified by inhibition ELISA assays using polyclonal rabbit IgG antibodies, and IgE antibodies to pharaoh ant antigens in residents'' sera were measured by using ELISA.

Patients with bronchial asthma or allergic rhinitis were enrolled in clinical study. To identify IgE-binding components and major allergens, IgE ELISA and inhibition ELISA, IgE immunoblotting, 2-dimensional PAGE and N-terminal amino acid sequencing were performed. Finally, allergen-bronchial challenge tests were performed for the clinical confirmation of pharaoh ant allergy.

Pharaoh ant antigens were detected in at least one indoor site of 35.7% houses. Level of pharaoh ant antigens showed seasonal variation with peak in autumn and winter. Detection rate of pharaoh ant antigens was significantly higher in houses with visual evidence of ant infestation than in houses without infestation, but significant amount of pharaoh ant antigens was also measured in about 20% of houses not reporting signs of ant. Thirteen (11.5%) among 113 residents had pharaoh ant-specific IgE. Pharaoh ant-IgE were more detected in residents (19.6%) with pharaoh ant antigens detected homes than residents (4.8%) without ant antigens.

Eighty (14.8%) of 541 patients with respiratory allergy showed both positive skin reactivity and specific IgE to pharaoh ant. The inhibition ELISA assays indicated that pharaoh ant allergens had various pattern of cross-reactivity to house dust mite, cockroach, and other ant allergens from Solenopsis species. Two important IgE-binding components (32 kDa and 10 kDa) were identified as major allergen of pharaoh ant, and N-terminal amino acid sequence of 32 kDa allergen was determined. Finally, pharaoh ant-bronchial challenge tests were conducted for 10 patients, and nine patients showed typical pattern of asthmatic reactions.

These results indicate that considerable level of pharaoh ant antigens is distributed in urban indoor environment, and pharaoh ant antigens are important inhalant allergens. Results of this study will ultimately lead to the development of new diagnostic tools and therapeutic vaccines for the respiratory allergic diseases.