콜레라균(Vibrio cholerae)의 콜레라 독소(cholera toxin)가 설사를 유발하는 기전으로 옳은 것은?

콜레라 독소의 A 소단위는 Gs 단백질의 알파 소단위를 ADP-리보실화하여 GTPase 활성을 억제한다. 이로 인해 adenylyl cyclase가 지속적으로 활성화되어 cAMP가 과도하게 축적되고, CFTR 채널을 통한 Cl- 분비 증가와 Na+ 흡수 억제로 삼투성 설사가 유발된다. Gi 단백질 ADP-리보실화는 백일해 독소(pertussis toxin)의 기전이다.

핵심 해설 이 문제는 세균 외독소(Exotoxin)의 대표적인 예시인 콜레라 독소(Cholera Toxin, CT)의 분자적 작용 기전을 이해하고 있는지 묻고 있어요. 단순히 "독소가 설사를 유발한다"는 사실을 아는 것을 넘어, G 단백질(G-protein) 신호전달 체계와의 상호작용까지 연결하는 고난이도 개념입니다. 콜레라 독소는 A-B형 독소 구조로, B 소단위가 장 상피세포의 GM1 강글리오사이드(GM1 ganglioside) 수용체에 결합한 후 A 소단위가 세포 내로 들어가 작용합니다. 1. 핵심 개념 분석 (Key Concept): 핵심! 콜레라 독소의 A1 소단위는 세포 내에서 Gs 단백질(Gs protein)의 α 소단위(αs)를 ADP-리보실화(ADP-ribosylation) 합니다. 이 변형은 αs 소단위의 내재된 GTPase 활성을 억제하여, GTP가 결합된 활성형이 지속되도록 만듭니다. 결과적으로 아데닐릴 사이클라제(Adenylyl cyclase)가 계속 활성화되어, 세포 내 cAMP 수치가 비정상적으로 증가합니다. 2. 정답 근거 (Answer Rationale): 과도하게 축적된 cAMP는 낭포성 섬유증 막통과 조절자(CFTR, Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) Cl- 채널의 인산화를 촉진하여 Cl- 이온의 장관 내 분비를 대량 증가시킵니다. 이는 Na+와 물의 수동적 분출을 유발하여, 하루에 최대 10-20리터에 달하는 심한 수양성 설사(쌀뜨물 같은 설사, Rice-water stool)를 일으킵니다. 3. 오답 분석 (Distractor Analysis): - 혼동 주의! ②번 Na+/K+-ATPase 직접 억제: 콜레라 독소는 직접 Na+/K+-ATPase를 억제하지 않습니다. 디기탈리스(Digitalis) 계열 약물의 작용 기전이며, 설사 유발 기전과는 다릅니다. - 혼동 주의! ③번 Tight junction 분해: 이는 장출혈성 대장균(Enterohemorrhagic E. coli, EHEC)이나 일부 장관 병원성 세균의 기전으로, 장 점막의 투과성을 증가시켜 설사를 유발하지만 콜레라 독소의 주 기전이 아닙니다. - 혼동 주의! ④번 Cl- 채널 직접 차단 및 분비 억제: 정반대입니다. 콜레라 독소는 Cl- 분비를 차단하지 않고 오히려 CFTR을 통해 과도하게 분비를 촉진합니다. - 혼동 주의! ⑤번 Gi 단백질 ADP-리보실화: 이는 백일해 독소(Pertussis toxin)의 작용 기전입니다. 백일해 독소는 Gi 단백질을 ADP-리보실화하여 adenylyl cyclase의 억제를 풀어 cAMP를 증가시키지만, 표적 세포와 질환이 다릅니다. 4. 연관 개념 정리 (Related Concepts): 세균 독소의 G 단백질 표적은 국가고시 단골 주제입니다. 핵심! 콜레라 독소(Gs 활성화)와 백일해 독소(Gi 불활성화)는 모두 세포 내 cAMP 수치를 증가시킨다는 공통점이 있으나, 기전과 결과 질환이 완전히 다릅니다. 또한, 대장균 독소(ETEC, Enterotoxigenic E. coli의 LT 독소)도 동일한 기전으로 설사를 유발합니다. 개념 정리: 콜레라 독소 작용 기전 요약

단계	주요 내용
1. 결합	B 소단위가 장 상피세포 GM1 강글리오사이드에 결합
2. 세포 내 유입	A 소단위가 세포질로 이동
3. 표적 변형	A1 소단위가 Gsα 단백질을 ADP-리보실화 (GTPase 불활성화)
4. 신호 증폭	Gsα-GTP 지속 → Adenylyl cyclase 계속 활성화 → cAMP 급증
5. 이온 분비	CFTR Cl- 채널 인산화 → Cl- 분비 증가 → 수분 및 Na+ 유출 → 심한 설사

한눈에 비교!: 주요 세균 독소의 G 단백질 표적

독소	표적 G 단백질	작용 결과	관련 질환
콜레라 독소	Gs α (활성화)	cAMP 증가	콜레라
백일해 독소	Gi α (불활성화)	cAMP 증가	백일해
대장균 LT 독소	Gs α (활성화)	cAMP 증가	여행자 설사

암기 팁: "콜레라 걸리면 배에서 Gs~" 라고 외워보세요. 콜레라 독소는 Gs 단백질을 표적으로 합니다. 반면 백일해는 Gi를 표적으로 하니까, "백일해에 걸리면 Gi~" 라고도 외울 수 있어요!
국시 빈출 포인트: 이 문제는 단순히 독소 이름과 기전을 짝짓는 수준을 넘어, "ADP-리보실화", "GTPase 활성 억제", "A-B형 독소 구조" 등의 세부 개념이 함께 출제될 수 있습니다. 특히, CFTR 유전자 돌연변이가 원인인 낭포성 섬유증(Cystic Fibrosis)과 콜레라 독소가 같은 CFTR 단백질을 표적으로 한다는 점을 연결 지어 생각하면 더 오래 기억에 남습니다.
기출 변형 주의!: "콜레라 독소에 의한 설사 치료제로서 CFTR 억제제의 가능성" 또는 "콜레라 환자의 치료 원칙(수액 보충이 가장 중요)"으로 변형되어 출제될 수 있습니다.

약국/임상 실무 가이드 이 개념은 개발도상국 여행자에게 발생하는 급성 설사(Acute Diarrhea)의 감별 및 복약지도에 직접 적용됩니다. - 임상 시나리오 (Clinical Scenario): 해외 여행을 다녀온 35세 남성 환자가 "하루에 10번 이상 묽은 변을 보고, 복통과 함께 쌀뜨물 같은 설사가 나온다"며 약국을 방문했습니다. 탈수 증상이 의심됩니다. - 복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention): 핵심! 콜레라가 의심되는 경우, 가장 중요한 것은 신속한 수액 보충(Rehydration)입니다. 약사는 경구 수액 보충제(ORS, Oral Rehydration Salts)의 조제 및 복용법을 상세히 안내해야 합니다. 지사제(Loperamide 등)는 장운동을 억제하여 독소 배출을 방해할 수 있으므로 권장하지 않습니다. 항생제(Doxycycline, Azithromycin 등)는 세균 수를 줄여 증상 기간을 단축시킬 수 있으나, 처방이 필요함을 안내합니다. - 환자 안전 및 주의사항 (Precautions): 심한 탈수 증상(핍뇨, 어지러움, 피부 탄력 저하)이 있으면 즉시 병원 응급실로 가도록 안내합니다. ORS 조제 시 물의 양과 비율을 정확히 지키도록 복약지도 합니다. 복약지도 프로토콜: 1. 수분 섭취 중요성 강조 (ORS 1포를 끓여 식힌 물 1L에 타서 수시로 마실 것) 2. 유제품, 기름진 음식, 카페인 섭취 자제 3. 손 씻기 등 개인 위생 철저 4. 48시간 이상 증상 지속 시 병원 내원 권고
선배 약사의 한마디: "콜레라 독소의 기전을 이해하면 '왜 물을 많이 마셔야 하고, 왜 지사제를 쓰면 안 되는지'를 논리적으로 설명할 수 있어요. 환자가 당황하지 않도록 원리를 쉽게 풀어서 '독소가 장에서 물을 빨아내는 호르몬을 과도하게 만들어서 그래요. 그래서 물을 많이 마셔서 밀어내야 하고, 변비약은 독소가 더 오래 머물게 해서 오히려 나빠질 수 있어요'라고 설명해주세요. 이렇게 기전을 알면 약사의 가치가 더 빛납니다!"