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위성세포

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1. 개요

위성세포는 말초 신경계에서 발견되는 신경교세포의 일종으로, 특히 감각, 교감, 부교감 신경절에서 개별 뉴런을 둘러싸는 얇은 세포 외피를 형성한다. 이들은 세포질막에 다양한 수용체와 이온 채널을 가지며, 다른 신경교세포와 유사하게 글루타민 합성효소, GFAP, S-100 단백질을 발현한다. 위성세포는 신경 손상 및 부상에 반응하여 활성화되어 만성 통증 발생에 기여하며, 단순 헤르페스 바이러스 감염 시 감염 확산을 막는 방어벽 역할을 한다. 최근에는 위성세포를 표적으로 하는 만성 통증 치료제 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.

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위성세포
개요
위성 신경교세포가 감각 뉴런의 세포체를 둘러싸고 있다
위성 신경교세포가 감각 뉴런의 세포체를 둘러싸고 있다
위치감각, 교감 및 부교감 신경절의 뉴런 세포체 표면
상세 정보
학명gliocytus ganglionicus

2. 구조

위성 신경교세포는 말초 신경계의 신경교세포로, 감각,[2] 교감, 부교감 신경절에서 발견된다.[3] 이들은 각 신경절 뉴런을 둘러싸는 얇은 세포 외피를 형성한다.

위성 신경교세포의 세포체는 단일하고 비교적 큰 을 가지며, 신경주위 돌기를 형성한다. 핵 주변 세포질이 가장 넓어 외피가 두껍다.[3] 여러 위성 신경교세포가 겹쳐지면 외피는 0.1μm 두께로 더 두꺼워진다.[9]

납작한 형태임에도 불구하고, 위성 신경교세포는 세포 생성과 항상성 유지에 필요한 세포 소기관을 모두 갖추고 있다. 세포질막은 얇고 밀도가 낮으며,[10] 접착 분자,[11] 신경전달물질 수용체,[10] 이온 채널(특히 칼륨 이온 채널)[12]을 가진다. 조면 소포체[13]와 활면 소포체가 존재하며, 활면 소포체는 적다.[10] 골지체와 중심소체는 핵 근처에, 미토콘드리아는 세포질 전체에 분포한다.[14] 자가포식 및 리소좀, 립푸스신, 과산화소체도 세포질에서 발견된다.[14] 미세 소관과 중간 섬유는 세포질 전체에 퍼져 있으며, 주로 외피에 평행하게 배열된다. 교감 신경절에서는 축삭 언덕과 축삭 시작점에 더 많이 분포한다.[10] 감각 신경절의 일부 위성 신경교세포는 핵 근처 세포 표면에서 뻗어 나가 세포질막 함몰부의 세포외 공간으로 들어가는 단일 섬모를 가진다.[15] 이 섬모는 9쌍의 말단 미세 소관만 있고 축성 미세 소관 쌍이 없어 중추신경계 뉴런, 슈반 세포, 별아교세포의 섬모와 구조가 유사하다.[10]

2. 1. 감각 신경절에서의 구조

감각 신경절 내 위성 신경교세포는 감각 뉴런을 감싸는 층상 세포이다.[2] 여러 개의 위성 신경교세포의 외피가 각 감각 뉴런을 완전히 둘러싸고 있다.[2] 이 외피를 구성하는 위성 신경교세포의 수는 둘러싸는 뉴런의 부피에 비례하여 증가한다. 또한, 외피 자체의 부피도 뉴런의 세포체의 부피 및 표면적에 비례하여 증가한다. 외피와 뉴런의 세포막 사이의 세포 외 공간은 20nm로, 뉴런과 위성 신경교세포 외피가 단일 해부학적 및 기능적 단위를 형성할 수 있게 한다.[16] 이러한 개별 단위는 결합 조직 영역에 의해 분리된다. 그러나 결합 조직 내에서 동일한 공간을 차지하고 있는 일부 감각 뉴런이 있어 두세 개의 뉴런 "클러스터"로 함께 그룹화된다. 대부분의 경우 클러스터 내의 각 개별 뉴런은 여전히 자체적인 위성 신경교세포 외피로 둘러싸여 있지만, 경우에 따라 외피가 없는 경우도 있다.[17] 일부 감각 뉴런은 세포 표면에서 바깥쪽으로 뻗어 있는 미세 융모라고 하는 작은 돌기를 가지고 있다. 위성 신경교세포 외피와의 근접성으로 인해 뉴런 세포막의 이러한 미세 융모가 외피의 홈으로 들어가 세포 간 물질 교환이 가능하게 한다.[18]

2. 2. 교감 신경절에서의 구조

교감 신경절에서 위성 신경교세포(SGC)는 교감 신경절 뉴런과 소형 강렬 형광(SIF) 세포와 함께 세 가지 주요 세포 유형 중 하나이다.[3] 교감 신경절의 SIF 세포는 그룹으로 나뉘며, 각 그룹은 SGC 피막으로 둘러싸여 있다.[19] 교감 신경절의 SGC는 신경 능선에서 유래하며, 뉴런이 존재하고 성숙할 때까지 배아 발달 동안 증식하지 않는다. 따라서 뉴런이 SGC의 분열과 성숙을 신호한다고 볼 수 있다.[4] 교감 신경절의 SGC는 감각 신경절의 SGC와 기본 구조는 같지만, 교감 신경절은 시냅스를 받는다. 그러므로 교감 신경 뉴런의 SGC 피막은 신경 세포체 근처의 축삭 언덕을 덮을 수 있도록 더 멀리 확장되어야 한다.[20] 신경교 세포 핵 근처의 피막 영역처럼, 축삭 언덕의 피막 영역은 뉴런의 나머지 부분을 둘러싸는 부분보다 더 두껍다. 이는 SGC가 시냅스 환경에서 역할을 하여 시냅스 전달에 영향을 미친다는 것을 보여준다.

2. 3. 다른 신경교세포와의 차이점

위성 신경교세포(SGCs)는 중추신경계(CNS)의 별아교세포와 많은 특징을 공유하지만, 다음과 같은 몇 가지 중요한 차이점이 있다.

  • 뉴런 덮개: 위성 신경교세포는 개별 감각 및 부교감 신경세포를 완전하고 끊어지지 않는 덮개로 둘러싸는 특징이 있다. 반면, 대부분의 교감 신경절 뉴런은 완전히 연속적인 위성 세포 덮개가 없어 뉴런의 세포외 공간과 위성 세포가 위치한 결합 조직 사이의 물질 교환이 제한적으로 이루어진다.[9]
  • 갭 연접: 갭 연접은 인접한 뉴런의 덮개 내의 위성 세포 간뿐만 아니라 동일한 덮개 내의 위성 세포 간에도 존재한다(반사 갭 연접).[2] 이러한 갭 연접은 전자 현미경과 루시퍼 옐로우 또는 뉴로바이오틴과 같은 무게 추적 마커를 사용하여 확인되었다. 위성 세포가 다른 덮개의 위성 세포 또는 동일한 덮개의 위성 세포에 연결되는 정도는 세포 환경의 pH에 따라 달라진다.[2]
  • 화학적 메신저 방출: 위성 세포는 사이토카인, 아데노신 삼인산(ATP) 및 기타 화학적 메신저를 방출하는 메커니즘을 가지고 있다.[3]
  • 단백질 발현:

위성 신경교세포의 단백질 발현
단백질 종류발현 여부기능 및 특징
교세포 섬유산성 단백질(GFAP)발현[21]중간 섬유의 구성 성분
S-100 단백질발현[22]칼슘 결합 단백질
글루타민 합성효소(GS)발현[2]글루타민 합성, 휴지 상태에서는 낮은 수치, 뉴런 축삭 손상 시 크게 증가[2]


3. 기능

위성 신경교세포(SGC)의 생리학적 역할에 대한 연구가 현재 진행 중이다. 현재 이론에 따르면 SGC는 교감 신경절의 미세 환경을 제어하는 데 중요한 역할을 한다. SGC가 뉴런을 거의 완전히 감싸고 세포막을 가로지르는 분자의 확산을 조절할 수 있다는 관찰 결과가 이를 뒷받침한다.[3] 경추 신경절에 형광 단백질 추적자를 혈관계를 우회하여 주입하면 뉴런 표면에서 발견되지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 이는 SGC가 개별 뉴런의 세포외 공간을 조절할 수 있음을 시사한다.[23] 일부에서는 자율 신경절의 SGC가 큰 분자에 대한 기능적 장벽으로서 혈액-뇌 장벽과 유사한 역할을 한다고 추측한다.[24]

SGC가 뉴런 미세 환경을 조절하는 역할은 별아교세포와 매우 유사한 전기적 특성을 가진다는 점에서 더욱 뒷받침된다.[25] 별아교세포는 내 미세 환경을 제어하는 데 잘 연구되었고 역할이 정의되어 있으므로, 연구자들은 교감 신경절 내 SGC의 상동적인 역할을 조사하고 있다. 감각 신경절에서 미세 환경을 제어하는 확립된 방식은 Na+ 및 Cl과 결합 시 신경전달물질을 세포 내로 운반하는 특수 수송체를 통한 물질 흡수이다.[26]

3. 1. 분자적 특성

위성 신경교세포(SGC)는 세포막에 부착 분자,[11] 신경전달물질 및 기타 분자에 대한 수용체,[10] 이온 채널, 특히 칼륨 이온 채널을 가지고 있다.[12] 조면 소포체[13]와 활면 소포체를 모두 가지고 있지만, 활면 소포체는 훨씬 적다.[10] 골지체와 중심소체는 세포의 핵과 매우 가까운 곳에서 발견된다. 미토콘드리아는 자가포식 및 리소좀, 립푸스신 과립 및 과산화소체와 같은 다른 형태의 이화 작용에 관여하는 소기관과 함께 세포질 전체에서 발견된다.[14] 미세 소관과 중간 섬유는 세포질 전체에서 볼 수 있으며, 대부분 위성 신경교세포 외피에 평행하게 놓여 있다. 교감 신경절의 위성 신경교세포에서는 축삭 언덕과 축삭의 시작 부분에서 이러한 섬유가 더 높은 농도로 발견된다.[10]

위성 신경교세포는 글루탐산 및 γ-아미노부티르산(GABA)[27] 수송체를 가지고 있어 신경절 세포외 공간의 구성을 제어하는 데 관여한다. 또한, 글루타민 합성효소를 대량으로 발견할 수 있다.[28] 위성 신경교세포는 글루탐산 탈수소효소와 피루브산 카복실화효소를 함유하고 있어 뉴런에 글루타민뿐만 아니라 말산과 젖산도 공급할 수 있다.[28]

위성 신경교세포는 뉴런과 유사하게 다양한 신경 활성 물질에 대한 수용체를 갖추고 있다.[5] 뉴런의 축삭 말단뿐만 아니라 다른 부분도 아세틸콜린(ACh), GABA, 글루탐산, ATP, 노르아드레날린, 물질 P, 캡사이신과 같은 물질에 대한 수용체를 가지고 있어, 세포 생리에 직접적인 영향을 미친다.[29]

4. 임상적 의의

위성세포는 만성 통증, 단순 헤르페스 등 여러 임상적 의의를 갖는다.[30][6][31][7][32][33][34][2]

4. 1. 만성 통증

위성 신경교세포(SGC)는 신경 손상 및 부상에 반응하여 활성화되며, 특히 과민성 통각을 포함한 만성 통증 발생과 유지에 중요한 역할을 한다.[30] 위성 세포는 통증을 신경으로 전달하는 사이토카인 및 기타 생체 활성 분자를 방출하며,[6] 신경영양인자와 종양 괴사 인자 α(TNFα)는 신경을 통증에 민감하게 만든다.[30]

신경 세포 손상 후 위성 세포는 GFAP를 상향 조절하고 세포 분열을 겪으며, 화학주성 물질을 방출하여 대식세포 모집 및 증식에 기여한다. 또한, 위성 세포 사이의 간극 연접 수가 증가하여 글루탐산 재활용이 늘어나고, 이는 과도한 흥분과 통각 수용 증가로 이어진다.[21]

P2X 수용체 서브유닛의 일반적인 표현. 세포막과 관련되어 있다.


위성 신경교세포에 존재하는 다양한 신경 수용체 중 P2X3, P2X2/3 퓨리노수용체는 ATP에 의해 유발되는 통증 신호에 관여한다. P2X 수용체군은 신경에서 방출되는 ATP에 반응하며, P2X7 수용체는 위성 신경교세포를 포함한 신경교세포에 선택적으로 발현되어 염증 및 신경병성 통증과 관련된 IL-1β 인터루킨 방출에 관여한다. P2X7 수용체의 길항제인 A-317491은 척수 신경의 유발 및 자발적 발화를 감소시키고 IL-1β 방출을 억제하는 효과가 있다.[6]

P2Y1을 포함하는 P2Y 수용체는 신경 및 신경교세포 모두에서 발견되며, 진통제 역할과 칼시토닌 유전자 관련 펩타이드 (CGRP)의 세포외 농도 조절을 통해 통각 수용에 기여하는 상반된 기능을 가진다.[6]

위성 신경교세포는 Kir4.1 채널을 발현하여 세포외 K+ 농도를 조절하며, 이는 과흥분성을 제어하고 편두통 발생을 억제한다. 세포외 K+ 농도는 구아노신 (Guo)에 의해 조절될 수 있으며, 구아노신은 만성 통증과 관련된 세포외 K+ 농도 변화를 제어하는 잠재적 표적이 될 수 있다.[6]

4. 2. 단순 헤르페스

단순 헤르페스 바이러스 입자


감각 신경절은 단순 헤르페스와 같은 바이러스 감염과 관련이 있으며, 이는 1차 감염 후 수십 년 동안 신경절 내에서 잠복 상태로 존재할 수 있다.[31] 바이러스가 재활성화되면 피부와 점막에 물집이 나타난다. 바이러스의 잠복기 동안 바이러스는 감각 신경절 내의 위성 세포(SGCs)에 드물게 위치하지만, SGC는 질병 내에서 여전히 중요한 역할을 할 수 있다.[7] SGC는 감염된 뉴런에서 비감염된 뉴런으로의 바이러스 확산을 막는 벽을 만드는 역할을 한다는 주장이 제기되었다.[32][33] 만약 이 보호벽이 무너지면 감염이 더 광범위해질 수 있다.[34] 이러한 특성은 SGC의 위치와 배열을 살펴보면 설명할 수 있는데, SGC는 뉴런을 중심으로 위치하여 뉴런을 보호할 수 있다. 또한 SGC는 신경절에서 바이러스를 제거하고 바이러스가 잠복기를 벗어난 후 신경계를 보호하고 복구하는 역할을 할 수 있다는 주장도 있다.[2]

5. 연구 방향

위성 신경교세포(SGC)에 대한 정보는 대부분 SGC 자체가 아닌 SGC가 둘러싸고 있는 감각 뉴런에 초점을 맞춘 연구에서 나온다. 앞으로 연구자들은 SGC에 더 많은 시간과 관심을 기울일 계획이며, SGC는 생명에 필수적인 많은 지원 및 보호 기능을 수행한다.[2] 배양 상태가 아닌 ''생체 내''(in situ) SGC의 신경전달물질 및 호르몬 수용체가 탐구되고 명확하게 특성화될 것이다.[2] 다양한 돌연변이와 질병으로 인한 수용체의 변화도 이러한 조건의 영향을 파악하기 위해 탐구될 것이다.[2] 또한 뉴런과 SGC 간의 의사소통 메커니즘은 본질적으로 밝혀지지 않았지만, 뉴런과 SGC가 모두 가지고 있는 다양한 수용체가 화학적 신호 전달, 아마도 P2Y를 통해 사용될 가능성이 높다.[35] Ca2+과 NO 및 그 효과도 두 세포 유형 간의 상호 작용에 대한 추가적인 이해를 얻기 위해 관찰되어야 한다.[2] 마지막으로, 자율 신경절 내 시냅스 전달에 대한 SGC의 영향 가능성은 향후 연구의 또 다른 방향을 제시한다.[8]

참조

[1] 서적 General Histology of the Mammal Springer 1985
[2] 논문 Satellite glial cells in sensory ganglia: from form to function http://cc.oulu.fi/~a[...] 2005-06
[3] 논문 Satellite glial cells in sympathetic and parasympathetic ganglia: in search of function 2010-09
[4] 논문 Division and migration of satellite glia in the embryonic rat superior cervical ganglion 1992-09
[5] 논문 Structural basis of neuron-to-neuron cross-excitation in dorsal root ganglia 1994-09
[6] 논문 Expression and contribution of satellite glial cells purinoceptors to pain transmission in sensory ganglia: an update 2010-02
[7] 논문 Varicella-zoster virus DNA in cells isolated from human trigeminal ganglia 2003-06
[8] 논문 Satellite glial cells: more than just 'rings around the neuron' 2010-02
[9] 논문 Changes in the fine structure of satellite cells surrounding chromatolytic neurons 1969-01
[10] 논문 The structure of the perineuronal sheath of satellite glial cells (SGCs) in sensory ganglia 2010-02
[11] 논문 Distribution of the adhesion molecules N-CAM and L1 on peripheral neurons and glia in adult rats 1986-12
[12] 논문 Expression of an inwardly rectifying K(+) channel, Kir4.1, in satellite cells of rat cochlear ganglia 1999-10
[13] 논문 The fine structure of young and old spinal ganglia 1955-12
[14] 논문 Peroxisomes in dorsal root ganglia 1973-01
[15] 논문 Number And Structure Of Perisomatic Satellite Cells Of Spinal Ganglia Under Normal Conditions Or During Axon Regeneration And Neuronal Hypertrophy 1964-07
[16] 논문 The satellite cells of the sensory ganglia
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[26] 논문 Immunolocalization of the Na(+)-K(+)-2Cl(-) cotransporter in peripheral nervous tissue of vertebrates
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[33] 논문 Restricted replication of herpes simplex virus in satellite glial cell cultures clonally derived from adult mice 1999-08
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