JP2023554034A - Exosomes derived from cells treated with endoplasmic reticulum stress inducers and their uses - Google Patents
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Abstract
本発明は、小胞体ストレスを誘導した間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む炎症性疾患の予防または治療用薬学的組成物およびその用途に関する。具体的には、本発明のWJ-MSC由来のエキソソームの免疫調節因子は、タプシガルギンなどの小胞体ストレス誘発物質処理によって増加する。TSGプライムされたWJ-MSC由来のエキソソームは、試験管内T細胞の増殖およびTヘルパー細胞の分化を調節するのに重要な役割をし、マウス(murine)大腸炎モデルで効果的な治療効果を示す。また、TSGプライムされたWJ-MSC由来のエキソソームの投与は、炎症反応を改善し、生体内で調節性T細胞とM2-マクロファージの分極化を誘導した。したがって、本発明は、炎症性疾患の予防または治療用組成物として効果的に用いられ得る。The present invention relates to a pharmaceutical composition for the prevention or treatment of inflammatory diseases containing endoplasmic reticulum stress-induced exosomes derived from mesenchymal stem cells, and uses thereof. Specifically, the immunomodulatory factors of the WJ-MSC-derived exosomes of the present invention are increased by treatment with an endoplasmic reticulum stress inducer such as thapsigargin. TSG-primed WJ-MSC-derived exosomes play an important role in regulating T cell proliferation and T helper cell differentiation in vitro and exhibit effective therapeutic effects in murine colitis models. . Additionally, administration of TSG-primed WJ-MSC-derived exosomes improved the inflammatory response and induced polarization of regulatory T cells and M2-macrophages in vivo. Therefore, the present invention can be effectively used as a composition for preventing or treating inflammatory diseases.
Description
本出願は、2020年12月14日に出願された韓国特許出願第10-2020-0174576号を優先権として主張し、当該明細書全体は本出願の参考文献である。 This application claims priority to Korean Patent Application No. 10-2020-0174576 filed on December 14, 2020, and the entire specification is a reference of this application.
本発明は、小胞体ストレスを誘導した間葉系幹細胞由来のエキソソームの治療的用途に関する。 The present invention relates to the therapeutic use of endoplasmic reticulum stress induced mesenchymal stem cell-derived exosomes.
間葉系幹細胞(Mesenchymal stem cells,MSC)は、免疫調節特性を有することが知られているが、これは、免疫抑制、血管調節および傍分泌因子(paracrine factor)の活動によって媒介される。知られた傍分泌セクレトーム(secretome)には、免疫調節サイトカイン、成長因子および小さい膜小胞の分泌が含まれる。しかしながら、間葉系幹細胞の直接的な使用は、その表現型や機能的安定性を持続させること、または高い分離や取り扱い費用などの問題点が存在する。 Mesenchymal stem cells (MSCs) are known to have immunomodulatory properties, which are mediated by immunosuppressive, vascular regulatory and paracrine factor activities. The known paracrine secretome includes the secretion of immunomodulatory cytokines, growth factors and small membrane vesicles. However, direct use of mesenchymal stem cells has problems such as maintaining their phenotypic and functional stability, and high isolation and handling costs.
間葉系幹細胞セクレトーム(MSC secretome)のうちエキソソームは、細胞間コミュニケーションにおいて傍分泌因子の伝達を媒介し、免疫調節に重要な役割をする。エキソソームは、細胞外空間に放出されるサイズが30~150nmの小さい膜脂質小胞であり、タンパク質、mRNA、microRNA(miRNA)またはその他の構成要素を標的細胞に伝達し、免疫調節経路の活性化を促進する。特に、間葉系幹細胞から分泌するエキソソームは、幹細胞が有する再生医学的な治療効能を示すことが知られている。エキソソームの機能と伝達する要素は、細胞類型によって異なっており、細胞ストレスは、エキソソームが伝達する要素に影響を及ぼすことができる。 Among the mesenchymal stem cell secretomes (MSC secretomes), exosomes mediate the transmission of paracrine factors in intercellular communication and play an important role in immune regulation. Exosomes are small membrane lipid vesicles with a size of 30-150 nm that are released into the extracellular space and transfer proteins, mRNA, microRNA (miRNA) or other components to target cells and activate immunoregulatory pathways. promote. In particular, exosomes secreted from mesenchymal stem cells are known to exhibit the therapeutic efficacy of stem cells in regenerative medicine. The functions of exosomes and the elements they convey differ depending on cell type, and cellular stress can affect the elements conveyed by exosomes.
小胞体(Endoplasmic reticulum)は、細胞恒常性を保証するためのシグナル伝達経路の調整に重要な役割をするが、新しく合成されたタンパク質は、ER膜を介して折りたたみ(folding)および転座(translocation)を経験する。しかしながら、ストレスの多い病理学的および生理的条件でERが恒常性を維持できなくなった場合、UPR(Unfolded Protein Response)が活性化し、細胞機能に影響を及ぼすことができる。長期的なERの機能障害またはストレスは、代謝性疾患および炎症関連疾患を含む様々な病気の病因に関与する。タプシガルギン(TSG,thapsigargin)は、細胞質カルシウム濃度を高め、ERカルシウム貯蔵を枯渇させて、ERストレスを誘発することが知られている。 The endoplasmic reticulum plays an important role in coordinating signal transduction pathways to ensure cellular homeostasis, and newly synthesized proteins undergo folding and translocation across the ER membrane. ) to experience. However, when the ER is unable to maintain homeostasis under stressful pathological and physiological conditions, the Unfolded Protein Response (UPR) can be activated and affect cellular function. Long-term ER dysfunction or stress is involved in the pathogenesis of various diseases, including metabolic diseases and inflammation-related diseases. Thapsigargin (TSG) is known to increase cytoplasmic calcium concentration, deplete ER calcium stores, and induce ER stress.
韓国登録特許第10-1980453号は、幹細胞由来のエキソソーム生成促進用組成物に関し、ピオグリタゾン(pioglitazone)、メトホルミン(metformin)またはAICAR(5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide)を用いて幹細胞由来のエキソソームの生産量やエキソソーム内タンパク質およびRNAの含有量を増加させる組成物および方法を開示している。しかしながら、タプシガルギンなど小胞体ストレス誘発物質が処理された幹細胞から分泌されるエキソソームに関する研究や記載は開示されていない。 Korean Patent No. 10-1980453 relates to a composition for promoting the production of exosomes derived from stem cells, and includes pioglitazone, metformin, or AICAR (5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleoti). de) of stem cell-derived exosomes using Disclosed are compositions and methods for increasing the production and content of proteins and RNA within exosomes. However, no research or description has been disclosed regarding exosomes secreted from stem cells treated with endoplasmic reticulum stress-inducing substances such as thapsigargin.
本発明者らは、間葉系幹細胞を直接使用する治療の代案として間葉系幹細胞のセクレトームを提供するために鋭意努力した結果、タプシガルギンなど小胞体ストレス誘発物質で小胞体にストレスを誘発した間葉系幹細胞から分泌されたエキソソームの場合、T細胞とマクロファージの活性化および分極化に関与することを確認し、本発明を完成した。 As a result of our intensive efforts to provide a mesenchymal stem cell secretome as an alternative to treatments that directly use mesenchymal stem cells, we discovered that by inducing stress in the endoplasmic reticulum with endoplasmic reticulum stress inducers such as thapsigargin. The present invention was completed by confirming that exosomes secreted from leaf stem cells are involved in the activation and polarization of T cells and macrophages.
したがって、本発明の目的は、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む炎症性疾患の予防または治療用薬学的組成物およびその用途を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases containing exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with an endoplasmic reticulum stress-inducing substance, and uses thereof.
本発明は、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む炎症性疾患の予防または治療用薬学的組成物を提供する。 The present invention provides a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases, which contains exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with an endoplasmic reticulum stress-inducing substance.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記小胞体ストレス誘発物質は、タプシガルギン(TSG,thapsigargin)、ツニカマイシン(Tunicamycin)、ブレフェルジンA(Brefeldin A)、ジチオトレイトール(DTT,dithiothreitol)およびMG132から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the endoplasmic reticulum stress inducer consists of thapsigargin (TSG), tunicamycin, brefeldin A, dithiothreitol (DTT) and MG132. It may be one or more selected from the group.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記間葉系幹細胞は、脂肪組織、骨髄、臍帯血、羊水、ウォートンゼリー(Wharton’s jelly)、胎盤、末梢血液、卵管、角膜基質、肺、筋肉および胎児肝から成る群から選ばれるいずれか1つ以上の組織から収得された間葉系幹細胞であってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells include adipose tissue, bone marrow, umbilical cord blood, amniotic fluid, Wharton's jelly, placenta, peripheral blood, fallopian tubes, corneal stroma, lungs, The mesenchymal stem cells may be obtained from one or more tissues selected from the group consisting of muscle and fetal liver.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記エキソソームのサイズは、10~200nmであってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the size of the exosomes may be 10-200 nm.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記炎症性疾患は、急性または慢性炎症疾患、慢性気管支炎、鼻炎、関節炎、自己免疫疾患、移植拒否および炎症性腸疾患から成る群から
選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the inflammatory disease is any one selected from the group consisting of acute or chronic inflammatory disease, chronic bronchitis, rhinitis, arthritis, autoimmune disease, transplant rejection and inflammatory bowel disease. There may be one or more.
本発明は、また、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む免疫調節用組成物を提供する。 The present invention also provides an immunomodulatory composition comprising mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with an endoplasmic reticulum stress inducer.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記免疫調節は、抗炎症性サイトカイン(anti-inflammatory cytokine)、調節性T細胞(regulatory T cell)およびM2型マクロファージ(M2-type macrophage)のレベルを増加させ、前炎症性サイトカイン(pro-inflammatory
cytokine)、ヘルパーT細胞(helper T cell)およびM1型マクロファージ(M1-type macrophage)のレベルを減少させる免疫調節であってもよい。
According to a preferred embodiment of the invention, the immunomodulation increases the levels of anti-inflammatory cytokines, regulatory T cells and M2-type macrophages. and pro-inflammatory cytokines (pro-inflammatory cytokines).
It may also be immunomodulation that reduces the levels of cytokines, helper T cells, and M1-type macrophages.
本発明は、また、小胞体ストレス誘発物質を間葉系幹細胞に処理する段階を含む間葉系幹細胞由来のエキソソームの生産促進方法を提供する。 The present invention also provides a method for promoting the production of mesenchymal stem cell-derived exosomes, which includes the step of treating mesenchymal stem cells with an endoplasmic reticulum stress-inducing substance.
本発明は、また、炎症性疾患の患者に小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む組成物を投与する段階を含む炎症性疾患の治療方法を提供する。 The present invention also provides a method for treating an inflammatory disease, comprising administering to a patient with an inflammatory disease a composition comprising exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with an endoplasmic reticulum stress inducer.
本発明は、また、炎症性疾患の予防または治療に使用するための小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む組成物の用途を提供する。 The present invention also provides the use of a composition comprising mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with an endoplasmic reticulum stress inducer for use in the prevention or treatment of inflammatory diseases.
間葉系幹細胞(MSC)由来のエキソソームは、テトラスパニン(tetraspanin;CD81、CD63、CD9)、熱ショックタンパク質(HSP60、HSP70、HSP90)およびTSG 101を含む膜結合タンパク質含有量が低いため、母MSCより免疫原性が低く、MHC不一致受容体で同種免疫反応の活性化による拒否を起こさないことが知られている。 Exosomes derived from mesenchymal stem cells (MSCs) have a lower content of membrane-bound proteins, including tetraspanins (CD81, CD63, CD9), heat shock proteins (HSP60, HSP70, HSP90) and TSG 101, and therefore are more sensitive than mother MSCs. It is known that it has low immunogenicity and does not cause rejection due to activation of alloimmune responses at MHC mismatched receptors.
これより、本発明者らは、MSC由来のエキソソームを免疫介在性炎症性疾患の治療に適用するために、小胞体(ER)ストレス誘導剤であるタプシガルギン(TSG,thapsigargin)で処理されたヒトWharton’s jelly由来のMSC(WJ-MSC)から分泌されるエキソソーム(TSG-Exo)が向上した免疫調節特性を確認した。 From this, the present inventors used human Wharton cells treated with thapsigargin (TSG), an endoplasmic reticulum (ER) stress inducer, to apply MSC-derived exosomes to the treatment of immune-mediated inflammatory diseases. We confirmed that exosomes (TSG-Exo) secreted from 's jelly-derived MSCs (WJ-MSCs) have improved immunomodulatory properties.
TSGでWJ-MSCを刺激する場合、エキソソームの分泌が増加し、IL-10、COX2またはIDO(Indoleamine 2,3-dioxygenase)のような免疫調節や抗炎症因子の収率および発現が増加し、前炎症因子(IFNγ、TNFαまたはIL-1β)の発現レベルが減少したり、類似に維持された。上記のような結果は、TSG-Exoでも類似に確認され、これは、TSG誘導エキソソーム放出が炎症または老化関連分泌メカニズム(SASP)と異なる分泌メカニズムを有することを示唆した。 When stimulating WJ-MSCs with TSG, the secretion of exosomes is increased, and the yield and expression of immunomodulatory and anti-inflammatory factors such as IL-10, COX2 or IDO (Indoleamine 2,3-dioxygenase) are increased; Expression levels of pro-inflammatory factors (IFNγ, TNFα or IL-1β) were reduced or remained similar. The above results were similarly confirmed with TSG-Exo, which suggested that TSG-induced exosome release has a secretory mechanism different from inflammation or senescence-associated secretory mechanism (SASP).
また、TSG-Exoは、ヒトMSC由来にもかかわらず、マウス大腸炎モデルに投与されたとき、明確な免疫拒否反応が観察されず、これは、TSG-Exoが異種システムでも宿主により免疫耐性があり、将来臨床適用に有利であることを意味した。TSG-Exoは、マウス大腸炎モデルで炎症反応を減らし、腸管バリア完全性(intestinal barrier integrity)を維持することによって、大腸炎を実質的に緩和させた。TSG-Exoで処理された大腸炎マウス結腸でTregsおよびM2型マクロファージの有意な増加は、TSG-Exoの抗炎症効果を示唆する。また、Con
A刺激MNC(単核細胞)とともに処理するとき、エキソソームの抗炎症因子がMNCに効率的に伝達されたので、エキソソームおよびエキソソーム処理されたMNCに類似の発現が発生した。TSG-Exoは、対照群エキソソームより優れたT細胞/マクロファージの分極化調節を示したことから、エキソソームのセクレトーム(secretome)は、エキソソームの治療効果の予測に対する信頼できる指標となりうる。
Furthermore, although TSG-Exo is derived from human MSCs, no clear immune rejection reaction was observed when it was administered to a mouse colitis model. This meant that it would be advantageous for future clinical applications. TSG-Exo substantially alleviated colitis by reducing the inflammatory response and maintaining intestinal barrier integrity in a murine colitis model. A significant increase in Tregs and M2-type macrophages in the colon of colitis mice treated with TSG-Exo suggests an anti-inflammatory effect of TSG-Exo. Also, Con
When treated with A-stimulated MNCs (mononuclear cells), similar expression occurred in exosomes and exosome-treated MNCs as the anti-inflammatory factors of exosomes were efficiently delivered to MNCs. Since TSG-Exo showed better regulation of T cell/macrophage polarization than control exosomes, the secretome of exosomes can be a reliable indicator for predicting the therapeutic efficacy of exosomes.
TSG-Exoは、ヒト末梢血液由来のT細胞の増殖とTh1およびTh17分化抑制効果が顕著に向上したのに対し、調節性T細胞およびM2型マクロファージは、対照群エキソソーム処理群に比べて豊富であった。これは、腸のTregsとマクロファージがMSCエキソソームの抗炎症効果に対する媒介体となりうることを示唆する。TregsおよびM2型マクロファージの上向き調節は、疾患活動性スコア、組織学的スコアおよび好中球活動減少によって提案されたように、腸恒常性を維持した。 TSG-Exo significantly improved the proliferation and Th1 and Th17 differentiation suppressive effects of human peripheral blood-derived T cells, whereas regulatory T cells and M2-type macrophages were found to be more abundant than in the exosome-treated control group. there were. This suggests that intestinal Tregs and macrophages may be mediators for the anti-inflammatory effects of MSC exosomes. Upregulation of Tregs and M2-type macrophages maintained intestinal homeostasis as suggested by disease activity scores, histological scores and decreased neutrophil activity.
このようなデータは、TSG処理がWJ-MSCのエキソソーム放出を誘導するのに十分であり、TSG-Exoの免疫調節特性を促進したことを意味するので、TSG処理MSCまたはTSG-Exoが大腸炎治療のための新しい治療方法を提供できることを示す。 Such data imply that TSG-treated MSCs or TSG-Exo were sufficient to induce exosome release of WJ-MSCs and promoted the immunomodulatory properties of TSG-Exo. Demonstrates the ability to provide new therapeutic methods for treatment.
したがって、本発明は、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む炎症性疾患の予防または治療用薬学的組成物を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide a pharmaceutical composition for preventing or treating inflammatory diseases, which includes exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with an endoplasmic reticulum stress-inducing substance.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記小胞体ストレス誘発物質は、タプシガルギン(TSG,thapsigargin)、ツニカマイシン(Tunicamycin)、ブレフェルジンA(Brefeldin A)、ジチオトレイトール(DTT,dithiothreitol)およびMG132から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the endoplasmic reticulum stress inducer consists of thapsigargin (TSG), tunicamycin, brefeldin A, dithiothreitol (DTT) and MG132. It may be one or more selected from the group.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記間葉系幹細胞は、脂肪組織、骨髄、臍帯血、羊水、ウォートンゼリー(Wharton’s jelly)、胎盤、末梢血液、卵管、角膜基質、肺、筋肉および胎児肝から成る群から選ばれるいずれか1つ以上の組織から収得された間葉系幹細胞であってもよい。好ましくは、前記間葉系幹細胞は、ウォートンゼリーから収得された間葉系幹細胞であってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells include adipose tissue, bone marrow, umbilical cord blood, amniotic fluid, Wharton's jelly, placenta, peripheral blood, fallopian tubes, corneal stroma, lungs, The mesenchymal stem cells may be obtained from one or more tissues selected from the group consisting of muscle and fetal liver. Preferably, the mesenchymal stem cells may be mesenchymal stem cells obtained from Wharton's jelly.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記エキソソームのサイズは、10~200nmであってもよい。好ましくは、前記エキソソームのサイズは、30~150nmであってもよく、より好ましくは、50~120nmであってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the size of the exosomes may be 10-200 nm. Preferably, the size of the exosome may be 30 to 150 nm, more preferably 50 to 120 nm.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記炎症性疾患は、急性または慢性炎症疾患、慢性気管支炎、鼻炎、関節炎、自己免疫疾患、移植拒否および炎症性腸疾患から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。好ましくは、前記炎症性疾患は、炎症性腸疾患であってもよく、前記炎症性腸疾患は、潰瘍性大腸炎、クローン病またはベーチェット病であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the inflammatory disease is any one selected from the group consisting of acute or chronic inflammatory disease, chronic bronchitis, rhinitis, arthritis, autoimmune disease, transplant rejection and inflammatory bowel disease. There may be one or more. Preferably, the inflammatory disease may be an inflammatory bowel disease, and the inflammatory bowel disease may be ulcerative colitis, Crohn's disease or Behcet's disease.
本発明は、また、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む免疫調節用組成物を提供する。 The present invention also provides an immunomodulatory composition comprising mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with an endoplasmic reticulum stress inducer.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記免疫調節は、抗炎症性サイトカイン(anti-inflammatory cytokine)、調節性T細胞(regulatory T cell)およびM2型マクロファージ(M2-type macrophage)のレベルを増加させ、前炎症性サイトカイン(pro-inflammatory
cytokine)、ヘルパーT細胞(helper T cell)およびM1型マクロファージ(M1-type macrophage)のレベルを減少させる免疫調節であってもよい。
According to a preferred embodiment of the invention, the immunomodulation increases the levels of anti-inflammatory cytokines, regulatory T cells and M2-type macrophages. and pro-inflammatory cytokines (pro-inflammatory cytokines).
It may also be immunomodulation that reduces the levels of cytokines, helper T cells, and M1-type macrophages.
本発明は、また、小胞体ストレス誘発物質を間葉系幹細胞に処理する段階を含む間葉系幹細胞由来のエキソソームの生産促進方法を提供することができる。 The present invention can also provide a method for promoting the production of mesenchymal stem cell-derived exosomes, which includes the step of treating mesenchymal stem cells with an endoplasmic reticulum stress-inducing substance.
前記生産促進は、エキソソームの数やエキソソームのタンパク質およびmRNA生産促進を意味し得る。 The production promotion may mean promotion of the number of exosomes and the production of exosome proteins and mRNA.
本発明は、また、炎症性疾患の患者に小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む組成物を投与する段階を含む炎症性疾患の治療方法を提供することができる。 The present invention can also provide a method for treating an inflammatory disease, comprising administering to a patient with an inflammatory disease a composition comprising exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with an endoplasmic reticulum stress inducer. .
本発明の好ましい一実施例によれば、前記小胞体ストレス誘発物質は、タプシガルギン(TSG,thapsigargin)、ツニカマイシン(Tunicamycin)、ブレフェルジンA(Brefeldin A)、ジチオトレイトール(DTT,dithiothreitol)およびMG132から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the endoplasmic reticulum stress inducer consists of thapsigargin (TSG), tunicamycin, brefeldin A, dithiothreitol (DTT) and MG132. It may be one or more selected from the group.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記間葉系幹細胞は、脂肪組織、骨髄、臍帯血、羊水、ウォートンゼリー(Wharton’s jelly)、胎盤、末梢血液、卵管、角膜基質、肺、筋肉および胎児肝から成る群から選ばれるいずれか1つ以上の組織から収得された間葉系幹細胞であってもよい。好ましくは、前記間葉系幹細胞は、ウォートンゼリーから収得された間葉系幹細胞であってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells include adipose tissue, bone marrow, umbilical cord blood, amniotic fluid, Wharton's jelly, placenta, peripheral blood, fallopian tubes, corneal stroma, lungs, The mesenchymal stem cells may be obtained from one or more tissues selected from the group consisting of muscle and fetal liver. Preferably, the mesenchymal stem cells may be mesenchymal stem cells obtained from Wharton's jelly.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記エキソソームのサイズは、10~200nmであってもよい。好ましくは、前記エキソソームのサイズは、30~150nmであってもよく、より好ましくは、50~120nmであってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the size of the exosomes may be 10-200 nm. Preferably, the size of the exosome may be 30 to 150 nm, more preferably 50 to 120 nm.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記炎症性疾患は、急性または慢性炎症疾患、慢性気管支炎、鼻炎、関節炎、自己免疫疾患、移植拒否および炎症性腸疾患から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。好ましくは、前記炎症性疾患は、炎症性腸疾患であってもよく、前記炎症性腸疾患は、潰瘍性大腸炎、クローン病またはベーチェット病であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the inflammatory disease is any one selected from the group consisting of acute or chronic inflammatory disease, chronic bronchitis, rhinitis, arthritis, autoimmune disease, transplant rejection and inflammatory bowel disease. There may be one or more. Preferably, the inflammatory disease may be an inflammatory bowel disease, and the inflammatory bowel disease may be ulcerative colitis, Crohn's disease or Behcet's disease.
本発明は、また、炎症性疾患の予防または治療に使用するための小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを含む組成物の用途を提供することができる。 The present invention can also provide the use of a composition comprising mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with an endoplasmic reticulum stress inducer for use in the prevention or treatment of inflammatory diseases.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記小胞体ストレス誘発物質は、タプシガルギン(TSG,thapsigargin)、ツニカマイシン(Tunicamycin)、ブレフェルジンA(Brefeldin A)、ジチオトレイトール(DTT,dithiothreitol)およびMG132から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the endoplasmic reticulum stress inducer consists of thapsigargin (TSG), tunicamycin, brefeldin A, dithiothreitol (DTT) and MG132. It may be one or more selected from the group.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記間葉系幹細胞は、脂肪組織、骨髄、臍帯血、羊水、ウォートンゼリー(Wharton’s jelly)、胎盤、末梢血液、卵管、角膜基質、肺、筋肉および胎児肝から成る群から選ばれるいずれか1つ以上の組織から収得された間葉系幹細胞であってもよい。好ましくは、前記間葉系幹細胞は、ウォートンゼ
リーから収得された間葉系幹細胞であってもよい。
According to a preferred embodiment of the present invention, the mesenchymal stem cells include adipose tissue, bone marrow, umbilical cord blood, amniotic fluid, Wharton's jelly, placenta, peripheral blood, fallopian tubes, corneal stroma, lungs, The mesenchymal stem cells may be obtained from one or more tissues selected from the group consisting of muscle and fetal liver. Preferably, the mesenchymal stem cells may be mesenchymal stem cells obtained from Wharton's jelly.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記エキソソームのサイズは、10~200nmであってもよい。好ましくは、前記エキソソームのサイズは、30~150nmであってもよく、より好ましくは、50~120nmであってもよい。 According to a preferred embodiment of the present invention, the size of the exosomes may be 10-200 nm. Preferably, the size of the exosome may be 30 to 150 nm, more preferably 50 to 120 nm.
本発明の好ましい一実施例によれば、前記炎症性疾患は、急性または慢性炎症疾患、慢性気管支炎、鼻炎、関節炎、自己免疫疾患、移植拒否および炎症性腸疾患から成る群から選ばれるいずれか1つ以上であってもよい。好ましくは、前記炎症性疾患は、炎症性腸疾患であってもよく、前記炎症性腸疾患は、潰瘍性大腸炎、クローン病またはベーチェット病であってもよい。 According to a preferred embodiment of the invention, the inflammatory disease is any one selected from the group consisting of acute or chronic inflammatory disease, chronic bronchitis, rhinitis, arthritis, autoimmune disease, transplant rejection and inflammatory bowel disease. There may be one or more. Preferably, the inflammatory disease may be an inflammatory bowel disease, and the inflammatory bowel disease may be ulcerative colitis, Crohn's disease or Behcet's disease.
以下、本願明細書に使用された用語の定義は、以下の通りである。 Hereinafter, the definitions of terms used in this specification are as follows.
本発明の「予防」とは、炎症性疾患を抑制したり、その発病を遅延させるすべての行為を意味する。 In the present invention, "prevention" refers to all actions that suppress inflammatory diseases or delay their onset.
本発明の「改善」または「治療」とは、本発明の小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームにより炎症性疾患に関連したパラメーター、例えば、症状の程度が好転したり有益になるようにするすべての行為を意味する。 "Improvement" or "treatment" of the present invention refers to improvements in parameters related to inflammatory diseases, such as improvement in the severity of symptoms, by mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with the endoplasmic reticulum stress-inducing substance of the present invention. It means any action that is beneficial.
本発明の薬学的組成物は、非経口の様々な剤形であってもよい。前記組成物を剤形化する場合には、1つ以上の緩衝剤(例えば、食塩水またはPBS)、抗酸化剤、静菌剤、キレート化剤(例えば、EDTAまたはグルタチオン)、充填剤、増量剤、結合剤、アジュバント(例えば、アルミニウムヒドロキシド)、懸濁剤、濃厚剤、湿潤剤、崩解剤または界面活性剤、希釈剤または賦形剤を使用して調製することができる。 The pharmaceutical compositions of the present invention may be in a variety of parenteral dosage forms. When formulating the composition, one or more buffering agents (e.g., saline or PBS), antioxidants, bacteriostatic agents, chelating agents (e.g., EDTA or glutathione), fillers, bulking agents, etc. They can be prepared using agents, binders, adjuvants (eg aluminum hydroxide), suspending agents, thickening agents, wetting agents, disintegrants or surfactants, diluents or excipients.
非経口投与のための製剤には、滅菌された水溶液、非水性溶剤、懸濁溶剤、乳剤、凍結乾燥剤制または坐剤などが含まれる。非水性溶剤および懸濁溶剤としては、プロピレングリコール(propylene glycol)、ポリエチレングリコール、オリーブオイルのような植物油、エチルオレートのような注射可能なエステルなどが使用できる。坐剤の基剤としては、ウィテップゾール(witepsol)、マクロゴール、ツイン(tween)61、カカオ脂、ラウリン脂、グリセロール、ゼラチンなどが使用できる。 Preparations for parenteral administration include sterile aqueous solutions, non-aqueous solutions, suspensions, emulsions, lyophilized formulations, suppositories, and the like. As non-aqueous and suspending solvents, propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, injectable esters such as ethyl oleate, and the like can be used. As bases for suppositories, witepsol, macrogol, tween 61, cacao butter, lauric butter, glycerol, gelatin, etc. can be used.
本発明の組成物は、非経口で投与することができ、非経口投与時に腹腔内、直腸、静脈、筋肉、皮下、子宮内硬膜または脳血管内注射する注射剤の形態で当業界において公知となった方法によって剤形化することができる。 The composition of the present invention can be administered parenterally, and is known in the art in the form of an injection that can be administered intraperitoneally, rectally, intravenously, intramuscularly, subcutaneously, intrauterinely, or intracerebrovascularly. It can be formulated into a dosage form by the following method.
前記注射剤の場合には、必ず滅菌しなければならず、バクテリアおよび真菌のような微生物の汚染から保護しなければならない。注射剤の場合、好適な担体の例としては、これらに限定されないが、水、エタノール、ポリオール(例えば、グリセロール、プロピレングリコールおよび液体ポリエチレングリコールなど)、これらの混合物および/または植物油を含む溶媒または分散媒質であってもよい。より好ましくは、好適な担体としては、ハンクス溶液、リンゲル液、トリエタノールアミンが含有されたPBS(phosphate buffered saline)または注射用滅菌水、10%エタノール、40%プロピレングリコールおよび5%デキストロースのような等張溶液などを使用することができる。前記注射剤を微生物の汚染から保護するためには、パラベン、クロロブタノール、フェノール、ソルビン酸、チメロサールなどのような多様な抗菌剤および抗真菌剤をさらに含んでもよい。また、前記注射剤は、多くの場合、糖またはナトリウムクロリドのような等張剤をさらに含んでもよい。 In the case of injections, they must be sterilized and must be protected from contamination by microorganisms such as bacteria and fungi. For injectables, examples of suitable carriers include solvents or dispersions including, but not limited to, water, ethanol, polyols (such as glycerol, propylene glycol and liquid polyethylene glycol), mixtures thereof, and/or vegetable oils. It may be a medium. More preferably, suitable carriers include Hank's solution, Ringer's solution, PBS (phosphate buffered saline) containing triethanolamine or sterile water for injection, 10% ethanol, 40% propylene glycol and 5% dextrose. A tonic solution or the like can be used. In order to protect the injection from microbial contamination, it may further contain various antibacterial and antifungal agents such as paraben, chlorobutanol, phenol, sorbic acid, thimerosal, etc. In addition, the injection may often further contain an isotonic agent such as sugar or sodium chloride.
本発明の組成物は、薬学的に有効な量で投与する。薬学的に有効な量は、医学的治療に適用可能な合理的なベネフィット/リスクの割合で疾患を治療するのに十分な量を意味し、有効用量レベルは、患者の疾患の種類、重症度、薬物の活性、薬物感受性、投与時間、投与経路および排出比率、治療期間、同時使用される薬物を含む要素およびその他医学分野によく知られた要素によって決定することができる。本発明の組成物は、個別治療剤として投与したり、他の治療剤と併用して投与することができ、従来の治療剤とは順次にまたは同時に投与することができ、単一または多重投与することができる。すなわち、本発明の組成物の総有効量は、単一投与量(single dose)で患者に投与することができ、多重投与量(multiple dose)で長期間投与される分割治療方法(fractionated treatment protocol)により投与することができる。上記した要素を全部考慮して、副作用なしに最小限の量で最大効果を得ることができる量を投与することが重要であり、これは、当業者により容易に決定することができる。 Compositions of the invention are administered in a pharmaceutically effective amount. A pharmaceutically effective amount means an amount sufficient to treat a disease with a reasonable benefit/risk ratio applicable to medical treatment; can be determined by factors including drug activity, drug sensitivity, time of administration, route of administration and excretion rate, duration of treatment, concurrently used drugs, and other factors well known in the medical field. The compositions of the present invention can be administered as individual therapeutic agents or in combination with other therapeutic agents, and can be administered sequentially or simultaneously with conventional therapeutic agents, and can be administered in single or multiple doses. can do. That is, the total effective amount of the compositions of the invention can be administered to a patient in a single dose or in a fractionated treatment protocol administered over time in multiple doses. ). Considering all of the above factors, it is important to administer an amount that will provide the maximum effect with the minimum amount without side effects, and this can be readily determined by one skilled in the art.
本発明の薬学的組成物の投与量は、患者の体重、年齢、性別、健康状態、食事、投与時間、投与方法、排泄率および疾患の重症度によってその範囲が多様である。一日投与量としては、非経口投与時に、小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを基準として一日に体重1kg当たり好ましくは0.01~50mg、さらに好ましくは、0.1~30mgの量で投与されるように、また、経口投与時は、本発明の小胞体ストレス誘発物質で処理された間葉系幹細胞由来のエキソソームを基準として一日に体重1kg当たり好ましくは0.01~100mg、さらに好ましくは、0.01~10
mgの量で投与されるように、1~数回に分けて投与することができる。しかしながら、投与経路、肥満の重症度、性別、体重、年齢などに応じて増減することができるので、前記投与量がいかなる方法でも本発明の範囲を限定するものではない。
The dosage of the pharmaceutical composition of the present invention varies depending on the patient's weight, age, sex, health condition, diet, administration time, administration method, excretion rate, and severity of the disease. The daily dosage is preferably 0.01 to 50 mg per kg of body weight per day, more preferably 0.01 to 50 mg per kg of body weight per day, based on exosomes derived from mesenchymal stem cells treated with endoplasmic reticulum stress-inducing substances during parenteral administration. When administered orally, it is preferably administered in an amount of 1 to 30 mg per kg of body weight per day based on the mesenchymal stem cell-derived exosomes treated with the endoplasmic reticulum stress-inducing substance of the present invention. 0.01 to 100 mg, more preferably 0.01 to 10
It can be administered in one to several divided doses, such that the dose is administered in mg doses. However, the above dosage does not limit the scope of the present invention in any way, since it can be increased or decreased depending on the route of administration, severity of obesity, gender, body weight, age, etc.
本発明の組成物は、単独で、または手術、放射線治療、ホルモン治療、化学治療および生物学的反応調節剤を用いる方法と併用して使用することができる。 The compositions of the invention can be used alone or in combination with surgery, radiation therapy, hormonal therapy, chemotherapy, and methods using biological response modifiers.
本発明によって小胞体ストレス誘発物質を処理した間葉系幹細胞由来のエキソソーム(TSG-Exo)は、抗炎症性サイトカイン、調節性T細胞およびM2型マクロファージのレベルが増加し、前炎症サイトカイン、ヘルパーT細胞およびM1型マクロファージのレベルが減少するなど免疫調節能力が増加し、大腸炎マウスモデルで効果的に炎症を緩和させた。したがって、本発明は、炎症性疾患の予防または治療用組成物および免疫調節用組成物として効果的に用いられ得る。 Mesenchymal stem cell-derived exosomes (TSG-Exo) treated with endoplasmic reticulum stress inducers according to the present invention have increased levels of anti-inflammatory cytokines, regulatory T cells, and M2-type macrophages, and pro-inflammatory cytokines, T helper T cells. The immunomodulatory capacity was increased, including decreased levels of cells and M1-type macrophages, and effectively alleviated inflammation in a mouse model of colitis. Therefore, the present invention can be effectively used as a composition for preventing or treating inflammatory diseases and as a composition for immunomodulating.
[実施例1]
TSGプライムされたWJ-MSC由来のエキソソーム特徴の確認
<1-1>WJ-MSC準備および培養
Wharton’s jelly由来の間葉系幹細胞(WJ-MSCs)を非特許文献3に基づいて分離および培養し、表面マーカー発現プロファイルに基づいてさらに特性化しようとした。
[Example 1]
Confirmation of exosome characteristics derived from TSG-primed WJ-MSCs <1-1> WJ-MSC preparation and culture Wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells (WJ-MSCs) were isolated and cultured based on Non-Patent Document 3. and sought to further characterize them based on surface marker expression profiles.
具体的には、妊婦の書面同意とソウルアサン病院の機関検討理事会(プロトコル番号2015-3030)の承認を受けて、正常な臨月分娩後、へその緒からWharton’s jellyの組織を収得した。WJ-MSCは、非特許文献1に基づいて分離し、マイコプラズマテストを行った。細胞を37℃および5%CO2で10%FBS(Tissue Culture Biologicals,Tulare,CA)、1%Glutamax(Gibco)、25ng/ml EGF(Biolegend NS,Inc.,San Diego,CA)、50ng/ml bFGF(Peprotech,Rocky Hill,NJ)および1%抗生剤/抗菌剤(Gibco)とともに、DMEM(Gibco BRL,Grand Island,NY)で培養した。80~90%confluenceに到達すると、細胞を0.05%Trypsin-EDTA(Gibco)で分離し、さらに継代培養した。 Specifically, with written consent from pregnant women and approval from the Institutional Review Board of Seoul Asan Hospital (protocol number 2015-3030), Wharton's jelly tissue was collected from the umbilical cord after normal term delivery. WJ-MSCs were isolated based on Non-Patent Document 1, and a mycoplasma test was performed. Cells were incubated at 37°C and 5% CO in 10% FBS (Tissue Culture Biologicals, Tulare, CA), 1% Glutamax (Gibco), 25ng/ml EGF (Biolegend NS, Inc., San Diego, CA), 50ng /ml Cultured in DMEM (Gibco BRL, Grand Island, NY) with bFGF (Peprotech, Rocky Hill, NJ) and 1% antibiotic/antibacterial (Gibco). Upon reaching 80-90% confluence, cells were dissociated with 0.05% Trypsin-EDTA (Gibco) and further subcultured.
フローサイトメトリーの結果、WJ-MSCがMSC特異的細胞表面マーカーCD29、CD44、CD73、CD105およびCD146を陽性で発現し、造血幹細胞特異的マーカーCD34およびCD45を陰性で発現することを立証した(図1a)。 Flow cytometry results demonstrated that WJ-MSCs positively expressed MSC-specific cell surface markers CD29, CD44, CD73, CD105, and CD146, and negatively expressed hematopoietic stem cell-specific markers CD34 and CD45 (Figure 1a).
<1-2>WJ-MSC由来のエキソソーム分離および特性化
エキソソーム特異的マーカーとともに、前炎症性および抗炎症性サイトカイン分泌パターンがMSCまたはMSC由来のエキソソームの免疫調節特性を決定することにより、炎症遺伝子の発現を確認しようとした。
<1-2> WJ-MSC-derived exosome isolation and characterization Along with exosome-specific markers, pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine secretion patterns determine the immunomodulatory properties of MSCs or MSC-derived exosomes, thereby determining inflammatory genes. We attempted to confirm the expression of
WJ-MSC由来エキソソーム(Exo(s))は、標準超遠心分離(図1b)によりナイーブ(CTL-Exo)またはTSGプライムされたWJ-MSC(TSG-Exo)の培養上清液から分離された。WJ-MSC細胞(3×106)を100mm培養皿で1μMタプシガルギン(Thapsigargin,TSG;Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)で24時間刺激した。その後、培地を10%Exo枯渇FBSが補充された培地に交替した。Exo枯渇FBSは、100,000xgで18時間超遠心分離して得た。72時間培養後、培養液を収集し、300xgで10分間、2,500xgで25分間、10,000xgで1時間4℃で遠心分離した。上清液を0.22μmフィルターを用いてろ過し、100,000xgで2時間超遠心分離した。その後、Exoペレットを滅菌PBSで100,000xgで2時間遠心分離して洗浄した後、200μlのPBSに懸濁させて、使用前まで-80℃で保管した。Exo生成を抑制するために、細胞を10μM GW4869(Santa cruz Biotechnology,Dallas,TX)を含む培養培地で12時間処理した。その後、培地を10%Exo枯渇FBSが補充された培地に交替した。72時間後、培養上清液を超遠心分離してExoを分離し、使用時まで-80℃で保管した(concentrated-CM;濃縮CM)。すべてのマウス実験に対してGW4869処理されたMSC(Exo分泌抑制)に由来する濃縮CMを溶媒(vehicle)対照群として使用した。Exoの量は、総タンパク質の測定のために、BCA分析キット(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA)で決定した。Exoサイズと数は、製造社の指針に基づいてqNano(Izon Science,Christchurch,New Zealand)および透過電子顕微鏡(TEM;Jeol,Tokyo,Japan)で決定した。 WJ-MSC-derived exosomes (Exo(s)) were isolated from culture supernatants of naïve (CTL-Exo) or TSG-primed WJ-MSCs (TSG-Exo) by standard ultracentrifugation (Fig. 1b). . WJ-MSC cells (3×10 6 ) were stimulated with 1 μM Thapsigargin (Thapsigargin, TSG; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) for 24 hours in 100 mm culture dishes. Thereafter, the medium was replaced with medium supplemented with 10% Exo-depleted FBS. Exo-depleted FBS was obtained by ultracentrifugation at 100,000xg for 18 hours. After 72 hours of culture, the culture fluid was collected and centrifuged at 300×g for 10 minutes, 2,500×g for 25 minutes, and 10,000×g for 1 hour at 4°C. The supernatant was filtered using a 0.22 μm filter and ultracentrifuged at 100,000×g for 2 hours. The Exo pellets were then washed with sterile PBS by centrifugation at 100,000×g for 2 hours, suspended in 200 μl of PBS, and stored at −80° C. until use. To suppress Exo production, cells were treated with culture medium containing 10 μM GW4869 (Santa cruz Biotechnology, Dallas, TX) for 12 hours. Thereafter, the medium was replaced with medium supplemented with 10% Exo-depleted FBS. After 72 hours, the culture supernatant was ultracentrifuged to separate Exo and stored at -80°C until use (concentrated-CM). Concentrated CM derived from GW4869-treated MSCs (Exo secretion suppressed) was used as a vehicle control group for all mouse experiments. The amount of Exo was determined with a BCA analysis kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) for measurement of total protein. Exo size and number were determined with a qNano (Izon Science, Christchurch, New Zealand) and transmission electron microscopy (TEM; Jeol, Tokyo, Japan) based on the manufacturer's guidelines.
ウェスタンブロット分析は、WJ-MSC溶解物およびExoは、プロテアーゼ抑制剤とともに、RIPA緩衝液(Thermo Fisher)に溶解した。同量のタンパク質をSDS-PAGEに適用し、CD63(SBI)、COX2(Abcam,Cambridge,UK)、IDO(Merk Millipore,Darmstadt,Germany)、TGFβおよびGAPDH(Santa cruz)1次抗体で分析した。バンドは、強化した化学発光(Thermo Fisher)を用いて感知され、イメージは、LAS-3000システム(Fujifilm,Tokyo,Japan)を用いてキャプチャーした。 For Western blot analysis, WJ-MSC lysates and Exo were dissolved in RIPA buffer (Thermo Fisher) with protease inhibitors. Equal amounts of proteins were applied to SDS-PAGE and analyzed with primary antibodies for CD63 (SBI), COX2 (Abcam, Cambridge, UK), IDO (Merk Millipore, Darmstadt, Germany), TGFβ and GAPDH (Santa cruz). Bands were detected using enhanced chemiluminescence (Thermo Fisher) and images were captured using a LAS-3000 system (Fujifilm, Tokyo, Japan).
その結果、透過電子顕微鏡分析は、精製されたエキソソームが直径50~120nmの丸い小胞を含むことを示した(図2A)。エキソソーム特異的マーカーCD63は、CTL-ExoとTSG-Exoで発現したが、細胞質マーカーβアクチンは、いずれのエキソソームにおいても発現しなかった(図2B)。qNano分析結果、エキソソームの平均粒子径は、CTL-ExoとTSG-Exoの両方で110~120nmであった(図2C)。TSGプライムされたWJ-MSC由来のエキソソームの生産は、ナイーブWJ-MSC由来のエキソソームより50%さらに高かった(図2C、D)。TSG-Exoは、CTL-Exoに比べて、IL-10、TGFβ、COX2およびIDOの発現レベルが有意に高かったが、IFNγ、TNFαおよびIL-1βを含む前炎症性サイトカインの発現が低かった(図3E)。mRNA発現結果と一致して、TGFβ、COX2およびIDOタンパク質発現レベルは、TSG-Exoで有意に増加した(図3F)。 As a result, transmission electron microscopy analysis showed that purified exosomes contained round vesicles with a diameter of 50-120 nm (Figure 2A). The exosome-specific marker CD63 was expressed in CTL-Exo and TSG-Exo, but the cytoplasmic marker β-actin was not expressed in any exosomes (Figure 2B). As a result of qNano analysis, the average particle diameter of exosomes was 110 to 120 nm for both CTL-Exo and TSG-Exo (Figure 2C). The production of exosomes from TSG-primed WJ-MSCs was 50% even higher than that from naive WJ-MSCs (Fig. 2C,D). TSG-Exo had significantly higher expression levels of IL-10, TGFβ, COX2 and IDO, but lower expression of pro-inflammatory cytokines, including IFNγ, TNFα and IL-1β, compared to CTL-Exo ( Figure 3E). Consistent with the mRNA expression results, TGFβ, COX2 and IDO protein expression levels were significantly increased in TSG-Exo (Fig. 3F).
[実施例2]
TSGプライムされたエキソソームの免疫調節効果の確認-T細胞の増殖抑制
TSGプライムされたエキソソームの免疫調節能力を評価するために、活性化した単核細胞(MNC)で抗炎症性サイトカインおよび前炎症性サイトカインの発現レベルを測定した。
[Example 2]
Confirmation of the immunomodulatory effect of TSG-primed exosomes - suppression of T cell proliferation To evaluate the immunomodulatory potential of TSG-primed exosomes, we investigated anti-inflammatory cytokines and pro-inflammatory cytokines in activated mononuclear cells (MNCs). Cytokine expression levels were measured.
定量的RT-PCRでトータルRNAは、TRizol試薬(Invitrogen,Waltham,MA)を用いて細胞、Exosまたは組織サンプルから抽出され、cDNAは、SuperscriptTM逆転写酵素(Invitrogen)を用いてトータルRNAで合成された。MX300P熱循環器(Stratagene,San diego,CA)でSYBR Green Master Mix(Applied Biosystems,Foster City,CA)を用いて定量的PCRを測定した。mRNAの発現レベルは、GAPDHのレベルに正規化された。qRT-PCRのプライマー配列は、下記の表1に記載された通りである。 In quantitative RT-PCR, total RNA was extracted from cells, Exos, or tissue samples using TRizol reagent (Invitrogen, Waltham, MA), and cDNA was synthesized from total RNA using Superscript ™ reverse transcriptase (Invitrogen). It was done. Quantitative PCR was measured using SYBR Green Master Mix (Applied Biosystems, Foster City, CA) in an MX300P thermocycler (Stratagene, San Diego, CA). The mRNA expression level was normalized to the level of GAPDH. Primer sequences for qRT-PCR are as listed in Table 1 below.
アポトーシス分析のための単核細胞(MNC)は、非特許文献2に基づいてFicoll-Hypaque(GE Healthcare,Chicago,IL)勾配遠心分
離を用いてhUCBから分離され、10%Exo枯渇FBSが補充されたRPMI 1640培地に再懸濁された。臍帯血(UCB)単位は、機関審議委員会の承認(IRB No.2019-0467-0003)によって2019年4月から2020年6月まで韓国カトリック造血幹細胞銀行(CHSCB)から獲得した。MNCを5μg/ml Con A(Concanavalin A)で刺激し、72時間ナイーブ(naive)またはTSGプライムされたWJ-MSC由来のExos(4μg)が存在または無存在の成長培地で96ウェルプレート(1×105/ウェル)にシードした。Annexin V/7AAD(BD Biosciences,Franklin Lakes,NJ)染色を行い、製造会社の指針に基づいて細胞のアポトーシス(apoptosis)を決定し、フローサイトメトリーで分析した。
Mononuclear cells (MNCs) for apoptosis analysis were separated from hUCB using Ficoll-Hypaque (GE Healthcare, Chicago, IL) gradient centrifugation as described in [2] and supplemented with 10% Exo-depleted FBS. The cells were resuspended in RPMI 1640 medium. Umbilical cord blood (UCB) units were obtained from the Korea Catholic Hematopoietic Stem Cell Bank (CHSCB) from April 2019 to June 2020 with Institutional Review Board approval (IRB No. 2019-0467-0003). MNCs were stimulated with 5 μg/ml Concanavalin A and plated in 96-well plates (1× 10 5 /well). Annexin V/7AAD (BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ) staining was performed to determine cell apoptosis according to manufacturer's guidelines and analyzed by flow cytometry.
次に、活性化した末梢血液由来の単核細胞(PBMC)の増殖に対するTSG-Exoの免疫抑制効果をテストするために、健康な寄贈者のヒト末梢血液は、韓国赤十字社(Seoul,Korea)からカトリック大学校の機関審議委員会(IRB No.2019-2891-0003)の承認を受けて提供された。PBMCをFicoll-Hypaque密度勾配を通じて遠心分離して分離し、10%Exo枯渇FBSが補充されたRPMI 1640培地に再懸濁された。 Next, to test the immunosuppressive effect of TSG-Exo on the proliferation of activated peripheral blood-derived mononuclear cells (PBMCs), human peripheral blood from healthy donors was collected from the Korean Red Cross Society (Seoul, Korea). Provided with the approval of the Institutional Review Board of Catholic University of America (IRB No. 2019-2891-0003). PBMC were isolated by centrifugation through a Ficoll-Hypaque density gradient and resuspended in RPMI 1640 medium supplemented with 10% Exo-depleted FBS.
T細胞の増殖は、CFSE希釈で定量化された。分離されたPBMCを2μM CFSE(CellTrace CFSE Cell Proliferation Kit、Th、ermo Fisher Scientific)で標識した。CFSE標識されたPBMC(1×105/ウェル)は、抗CD3/CD28マイクロビーズ(Gibco)および組換えヒトIL-2(30U/ml、Peprotech)の存在下にナイーブ(naive)またはTSGプライムされたWJ-MSC由来のExos(4μg)が存在または無存在の96ウェルプレートで共培養された。6日間培養後、細胞をCD45、CD3、CD4またはCD8(BD Biosciences)に蛍光標識されたヒトモノクローナル抗体で染色し、フローサイトメトリーで測定した。すべての細胞は、7AAD陰性細胞でゲートされた。 T cell proliferation was quantified by CFSE dilution. The separated PBMCs were labeled with 2 μM CFSE (CellTrace CFSE Cell Proliferation Kit, Th, ermo Fisher Scientific). CFSE-labeled PBMC (1×10 5 /well) were naive or TSG-primed in the presence of anti-CD3/CD28 microbeads (Gibco) and recombinant human IL-2 (30 U/ml, Peprotech). The cells were co-cultured in 96-well plates with or without Exos (4 μg) derived from WJ-MSCs. After culturing for 6 days, the cells were stained with human monoclonal antibodies fluorescently labeled to CD45, CD3, CD4, or CD8 (BD Biosciences), and measured by flow cytometry. All cells were gated on 7AAD negative cells.
その結果、Con A(concanavalin A)で刺激されたMNCをエキソソームで処理すると、COX2、NOS2、IDO、IL-10およびTGFβの発現レベルが増加するのに対し、TNFαおよびIL-1βの発現レベルが減少した。これは、CTL-Exoで処理したものよりも、TSG-Exoで処理した活性化したMNCにおいてさらに目立った(図3G)。TSG-Exoは、MNCの初期アポトーシスを若干減少させたが、後期アポトーシスには影響を及ぼさなかった。これは、エキソソーム処理が細胞毒性を誘導しないことを示唆する(図3H)。CFSE希釈分析は、TSG-Exoの添加がCTL-Exoより総T、CD4+TおよびCD8+T細胞の増殖をさらに強力に抑制することを示した(図4A、B)。TSG-Exo処理されたPBMCにおいて初期分裂周期1で細胞の割合が顕著に増加し、分裂周期4と5の細胞割合が顕著に減少した(図4C)。このような結果は、TSGプライムされたエキソソームが抗炎症性サイトカインの生産を増加させて、T細胞の増殖に相当な抑制効果があることを示唆する。 As a result, treatment of MNCs stimulated with Con A (concanavalin A) with exosomes increased the expression levels of COX2, NOS2, IDO, IL-10, and TGFβ, whereas the expression levels of TNFα and IL-1β decreased. Diminished. This was more pronounced in activated MNCs treated with TSG-Exo than in those treated with CTL-Exo (Fig. 3G). TSG-Exo slightly reduced early apoptosis of MNCs, but had no effect on late apoptosis. This suggests that exosome treatment does not induce cytotoxicity (Figure 3H). CFSE dilution analysis showed that the addition of TSG-Exo inhibited the proliferation of total T, CD4+ T and CD8+ T cells more strongly than CTL-Exo (Fig. 4A,B). In TSG-Exo-treated PBMCs, the proportion of cells in early division cycle 1 was significantly increased, and the proportion of cells in division cycles 4 and 5 was significantly decreased (Figure 4C). These results suggest that TSG-primed exosomes increase the production of anti-inflammatory cytokines and have a significant suppressive effect on T cell proliferation.
[実施例3]
TSGプライムされたエキソソームの免疫調節効果の確認-調節性T細胞およびM2型マクロファージ分極の向上
<3-1>TSGプライムされたエキソソームのTヘルパー細胞(Th)分化の確認
MSCエキソソームは、調節性T細胞(Tregs)の分化を通じて免疫調節効果を媒介することができることが報告された。したがって、本発明者らは、特定のT細胞下位集合に対するTSG-Exoの効果を確認するために、Tヘルパー細胞(Th)の分化を調べた。
[Example 3]
Confirmation of immunomodulatory effects of TSG-primed exosomes - Improvement of regulatory T cell and M2 type macrophage polarization <3-1> Confirmation of T helper cell (Th) differentiation of TSG-primed exosomes MSC exosomes are It has been reported that immunomodulatory effects can be mediated through differentiation of cells (Tregs). Therefore, we investigated T helper cell (Th) differentiation to confirm the effects of TSG-Exo on specific T cell subsets.
Th細胞は、エキソソームの存在下にヒトPBMCから精製されたCD4+細胞上のファミリー特異的なサイトカインで刺激することによって誘導された。具体的には、PBMCリンパ球からCD4+T細胞の分離は、製造会社のプロトコルに基づいてヒトCD4 T細胞分離キット(Miltenyi Biotec,Marburg,Germany)で行った。CD4+T細胞を抗CD3/CD28マイクロビーズおよびIL-2(20ng/ml)で刺激し、特定Th細胞の分化のために、特定のサイトカインを添加した:Th1に対するIFNγml)およびIL-12(25ng/ml);Th17に対するIL-6(50g/ml)およびTGFβg/ml);Tregに対するTGFβg/ml)およびレチノイン酸(10nM)。サイトカイン処理されたCD4+T細胞(5×105/ウェル)は、24ウェルプレートにナイーブ(naive)またはTSGプライムされたWJ-MSC由来のExosを添加し、5日間培養された。細胞内染色のために、染色前に5時間細胞刺激カクテル(Invitrogen)で細胞を刺激した。細胞を細胞表面マーカーである抗CD3、抗CD4および抗CD25抗体で染色した後、固定/透過化し、蛍光標識された抗IFNγ、抗IL-17Aおよび抗Foxp3抗体(BD Biosciences)で染色した。染色細胞は、フローサイトメトリーで分析した。 Th cells were induced by stimulation with family-specific cytokines on CD4+ cells purified from human PBMC in the presence of exosomes. Specifically, isolation of CD4+ T cells from PBMC lymphocytes was performed with a human CD4 T cell isolation kit (Miltenyi Biotec, Marburg, Germany) based on the manufacturer's protocol. CD4+ T cells were stimulated with anti-CD3/CD28 microbeads and IL-2 (20 ng/ml), and for specific Th cell differentiation, specific cytokines were added: IFNγ ml for Th1) and IL-12 (25 ng/ml). ); IL-6 (50 g/ml) and TGFβg/ml for Th17; TGFβg/ml for Tregs) and retinoic acid (10 nM). Cytokine-treated CD4+ T cells (5×10 5 /well) were cultured for 5 days in a 24-well plate with the addition of naive or TSG-primed WJ-MSC-derived Exos. For intracellular staining, cells were stimulated with cell stimulation cocktail (Invitrogen) for 5 hours before staining. Cells were stained with cell surface markers anti-CD3, anti-CD4, and anti-CD25 antibodies, then fixed/permeabilized and stained with fluorescently labeled anti-IFNγ, anti-IL-17A, and anti-Foxp3 antibodies (BD Biosciences). Stained cells were analyzed by flow cytometry.
その結果、TSG-Exoとの共培養は、CTL-Exoに比べてIFNγ+CD4+Th1およびIL-17A+CD4+Th17細胞の誘導を大きく減少させ、Foxp3+CD25+CD4+Treg細胞を増加させた(図5Dおよび図6)。M1型マクロファージは、丸い形態を示したのに対し、M2型マクロファージは、スピンドル状の形態を示した(図7)。 As a result, co-culture with TSG-Exo greatly reduced the induction of IFNγ+CD4+Th1 and IL-17A+CD4+Th17 cells and increased Foxp3+CD25+CD4+Treg cells compared to CTL-Exo (Figure 5D and Figure 6). M1-type macrophages exhibited a round morphology, whereas M2-type macrophages exhibited a spindle-like morphology (FIG. 7).
<3-2>TSGプライムされたエキソソームのM2型マクロファージ分極向上の確認
MSCエキソソームは、M2型マクロファージ分極化の誘導を通じて免疫調節効果を媒介することができることが報告された。したがって、本発明者らは、特定のT細胞下位集合に対するTSG-Exoの効果を確認するために、TSG-Exoがマクロファージの表現型を調節することができるか否かを調べた。
<3-2> Confirmation of enhancement of M2-type macrophage polarization by TSG-primed exosomes It was reported that MSC exosomes can mediate immunomodulatory effects through induction of M2-type macrophage polarization. Therefore, we investigated whether TSG-Exo could modulate the macrophage phenotype to confirm the effect of TSG-Exo on specific T cell subsets.
GM-CSF(M1型の場合)またはM-CSF(M2型の場合)刺激1次ヒトマクロファージをM1型サイトカインまたはM2型サイトカインの存在下にエキソソームと共に培養した。具体的には、CD14結合マイクロビーズ(Miltenyi Biotec)を用いてhUCB由来のMNCからCD14+単核球を分離した。マクロファージを生成するために、単核球(5×105/ウェル)をGM-CSF(50ng/ml;Peprotech)またはM-CSF(100ng/ml)とともに、10%FBSを含むRPMI 1640培地(Gibco)で6日間培養した。24ウェルプレートにM1分極化のために、GM-CSF由来のマクロファージは、48時間ナイーブ(naive)またはTSGプライムされたWJ-MSC由来Exoとともに、IFNγng/ml)+LPS(1μg/ml)で刺激された。M2分極化のために、M-CSF由来のマクロファージは、48時間ナイーブまたはTSGプライムされたWJ-MSC由来のExoとともに、IL-4(20ng/ml)とIL-13(20ng/ml)で刺激された。共培養後、細胞をCD14、CD80、CD86、CD206およびCD163(BD Biosciences)に蛍光標識されたヒトモノクローナル抗体で染色し、フローサイトメトリーで分析した。 GM-CSF (for M1 type) or M-CSF (for M2 type) stimulated primary human macrophages were cultured with exosomes in the presence of M1 type cytokines or M2 type cytokines. Specifically, CD14+ mononuclear cells were separated from hUCB-derived MNCs using CD14-conjugated microbeads (Miltenyi Biotec). To generate macrophages, mononuclear cells (5 × 10 5 /well) were incubated with GM-CSF (50 ng/ml; Peprotech) or M-CSF (100 ng/ml) in RPMI 1640 medium containing 10% FBS (Gibco ) for 6 days. For M1 polarization in 24-well plates, GM-CSF-derived macrophages were stimulated with IFNγng/ml)+LPS (1 μg/ml) for 48 hours with naive or TSG-primed WJ-MSC-derived Exo. Ta. For M2 polarization, M-CSF-derived macrophages were stimulated with IL-4 (20 ng/ml) and IL-13 (20 ng/ml) along with Exo from naive or TSG-primed WJ-MSCs for 48 h. It was done. After co-culture, cells were stained with fluorescently labeled human monoclonal antibodies for CD14, CD80, CD86, CD206 and CD163 (BD Biosciences) and analyzed by flow cytometry.
その結果、M1型細胞表面マーカーCD80+およびCD86+は、CTL-Exoで培養されたのに対し、TSG-Exoで培養されたM1型マクロファージにおいて顕著に減少した。しかしながら、M2型細胞表面マーカーCD206+およびCD163+の発現は、エキソソームと共に培養したときに増加し、この効果は、TSG-Exo処理グループにおいてさらに大きかった(図5Eおよび図8)。このような結果は、TSG-Ex
oがナイーブエキソソームよりM2型マクロファージ表現型をより効果的に誘導することを示唆する。したがって、MSCに対するTSG処理は、改善された免疫調節特性を有するエキソソームを生成することができる。
As a result, M1 type cell surface markers CD80+ and CD86+ were significantly decreased in M1 type macrophages cultured with TSG-Exo, whereas those cultured with CTL-Exo. However, the expression of M2-type cell surface markers CD206+ and CD163+ increased when cultured with exosomes, and this effect was even greater in the TSG-Exo treated group (Fig. 5E and Fig. 8). Such results indicate that TSG-Ex
This suggests that o induces M2-type macrophage phenotype more effectively than naive exosomes. Therefore, TSG treatment on MSCs can generate exosomes with improved immunomodulatory properties.
[実施例4]
TSGプライムされたエキソソームのDSSで誘導された大腸炎緩和効果の確認
本発明者らは、3%DSSで誘発された大腸炎マウスモデルでTSG-Exoの潜在的な保護効果を確認した(図9A)。
[Example 4]
Confirmation of the DSS-induced colitis alleviation effect of TSG-primed exosomes We confirmed the potential protective effect of TSG-Exo in a 3% DSS-induced colitis mouse model (Fig. 9A ).
具体的には、DSSで誘発された大腸炎マウスモデルの製造のために、7日間7週齢のC57BL/6マウスの飲水に3%(w/v)DSS(Dextran sulfate
sodium;MP Biomedicals,Santa Ana,CA)を投与して誘導した。マウスは、グループ別に10匹ずつ全体4グループに分けた:(1)対照群(陰性対照群)、(2)GW4869処理MSCから抽出した濃縮CM(溶媒対照群、200μl)を投与したDSS(陽性対照群)、(3)ナイーブ(naive)MSC由来のExoを投与したDSS、(4)TSGプライムされたMSC由来のExosを投与したDSS。(3)および(4)グループは、1日、3日および5日にマウスに200μl PBSに希釈された200μgのExoを腹腔内注射した。10日目にマウスを安楽死させた。体重減少(0-4)、便の濃度(0-4)、便の血液(0-4)、つや(coat roughness)(0-4)、直腸脱出(0-3)、曲がった姿勢(0-3)、寝具汚染(0-2)、好奇心無し/警戒心無し(not inquisitive/alert)(0-2)を含む疾患活動性指数(disease activity index,DAI)を用いて大腸炎の重症度を毎日評価した。すべての動物実験手続きは、カトリック大学校の動物研究倫理委員会(IACUC no.2019-0301-03)の承認を受けた。溶媒(vehicle)対照群としては、エキソソーム分泌を調節するnSMase2(neutral sphingomyelinase supernatant 2)抑制剤であるGW4869(10μM)で処理されたMSCの培養上清液(GW-CM)を使用した。
Specifically, for the production of a DSS-induced colitis mouse model, 3% (w/v) DSS (Dextran sulfate) was added to the drinking water of 7-week-old C57BL/6 mice for 7 days.
induction by administering sodium; MP Biomedicals, Santa Ana, CA). The mice were divided into 4 groups of 10 mice each: (1) control group (negative control group), (2) DSS (positive control group) administered with concentrated CM extracted from GW4869-treated MSCs (solvent control group, 200 μl). control group), (3) DSS administered with Exo derived from naive MSCs, (4) DSS administered with Exos derived from TSG-primed MSCs. For groups (3) and (4), mice were injected intraperitoneally with 200 μg of Exo diluted in 200 μl PBS on days 1, 3, and 5. Mice were euthanized on day 10. Weight loss (0-4), stool density (0-4), stool blood (0-4), coat roughness (0-4), rectal prolapse (0-3), bent posture (0 -3), the severity of colitis using the disease activity index (DAI), which includes bedding contamination (0-2) and not inquisitive/alert (0-2). The level was evaluated daily. All animal experimental procedures were approved by the Animal Research Ethics Committee of Catholic University of America (IACUC no. 2019-0301-03). As a vehicle control group, MSC culture supernatant (GW-CM) treated with GW4869 (10 μM), which is an nSMase 2 (neutral sphingomyelinase supernatant 2) inhibitor that regulates exosome secretion, was used.
10日目に犠牲になったマウスの結腸の長さを測定した。結腸組織は、4%ホルムアルデヒド(Wako,Osaka,Japan)に固定し、パラフィンに埋めた後、5μmに切片化した。組織学的分析のために、結腸の切片をヘマトキシリン&エオシン(H&E)で染色した。組織病理学スコアは、炎症細胞浸潤程度(0-4)および組織損傷程度(0-4)によって盲検方式で決定された。 The colon length of mice sacrificed on day 10 was measured. Colon tissue was fixed in 4% formaldehyde (Wako, Osaka, Japan), embedded in paraffin, and then sectioned at 5 μm. For histological analysis, sections of the colon were stained with hematoxylin and eosin (H&E). Histopathology scores were determined in a blinded manner according to the degree of inflammatory cell infiltration (0-4) and the degree of tissue damage (0-4).
ミエロペルオキシダーゼ(myeloperoxidase,MPO)Colorimetric Activity Assay Kit(Sigma)を用いて大腸組織への好中球の浸透を測定した。結腸をMPO分析緩衝液で均質化し、上清液を13,000xgで10分間遠心分離して収集した。上清液をMPO分析緩衝液およびMPO基質と混合し、25℃で120分間培養した後、TNB(tetramethylbenzidine)プローブを添加した。分光光度計(Biotek,Winooski,WT)を用いて412nmで吸光度を測定した。 The infiltration of neutrophils into the colon tissue was measured using myeloperoxidase (MPO) Colorimetric Activity Assay Kit (Sigma). The colon was homogenized with MPO analysis buffer and the supernatant was collected by centrifugation at 13,000xg for 10 min. The supernatant was mixed with MPO assay buffer and MPO substrate, incubated at 25°C for 120 minutes, and then TNB (tetramethylbenzidine) probe was added. Absorbance was measured at 412 nm using a spectrophotometer (Biotek, Winooski, WT).
その結果、GW4869は、MSCでエキソソーム放出を成功裏に抑制した。GW-CM処理された大腸炎マウスは、持続的な体重減少と便の硬さ、血性下痢および一般的な活動のような顕著に上昇した疾患活動性指数(DAI)を示した。しかしながら、エキソソーム処理は、特にTSG-Exo処理グループにおいて体重減少とDAIを改善した(図9B、C)。さらに、DSS投与による結腸の長さの短縮は、CTL-Exo処理されたマウスに比べて、TSG-Exo処理されたマウスにおいて顕著に改善された(図10D、E)。組織学的検査は、TSG-Exo処理されたマウスが結腸組織完全性を維持することを示した;顕著な構造破壊、腺窩細胞(crypt)の損失および炎症細胞の浸潤減少;およびCTL-Exo処理されたマウスに比べてさらに低い組織学的スコアを有した(図10F、G)。さらに、10日目に犠牲になったマウスの好中球浸潤を示すMPO(myeloperoxidase)活性は、CTL-Exo処理されたマウスに比べて、TSG-Exo処理されたマウスにおいて顕著に減少した(図10H)。このような結果は、TSG-Exoがナイーブエキソソームに比べてDSSで誘導された大腸炎において腸炎症に対する保護活性が向上したことを示す。 As a result, GW4869 successfully suppressed exosome release in MSCs. GW-CM treated colitis mice showed sustained weight loss and significantly elevated disease activity index (DAI) such as stool consistency, bloody diarrhea and general activity. However, exosome treatment improved weight loss and DAI especially in the TSG-Exo treated group (Fig. 9B,C). Furthermore, the shortening of colon length by DSS administration was significantly improved in TSG-Exo-treated mice compared to CTL-Exo-treated mice (Fig. 10D,E). Histological examination showed that TSG-Exo-treated mice maintained colonic tissue integrity; significant structural disruption, loss of crypts and reduced infiltration of inflammatory cells; and CTL-Exo had even lower histological scores compared to treated mice (Fig. 10F,G). Furthermore, MPO (myeloperoxidase) activity, which indicates neutrophil infiltration in mice sacrificed on day 10, was significantly decreased in TSG-Exo-treated mice compared to CTL-Exo-treated mice (Fig. 10H). These results indicate that TSG-Exo had improved protective activity against intestinal inflammation in DSS-induced colitis compared to naive exosomes.
[実施例5]
TSGプライムされたエキソソームの炎症がある結腸で調節性T細胞とM2マクロファージ分極化向上効果の確認
免疫細胞反応は、炎症性腸疾患(IBD)の病因に重要な役割をする。特に、腸内微細環境でTregsと他のT細胞の間の均衡は、大腸炎の緩和に重要な役割をし、マクロファージは、結腸においてM1/M2分極化を通じて炎症反応を媒介し、IBDの発病機序に重要な役割をする。したがって、炎症がある結腸においてTSGプライムされたエキソソームの調節性T細胞およびM2型マクロファージの分極向上による免疫調節効果を確認しようとした。また、本発明者らは、次にDSSで誘導された大腸炎マウスの免疫細胞プロファイルに対するTSGプライムされたエキソソームの効果を調べた。
[Example 5]
Confirmation of the effect of TSG-primed exosomes on enhancing regulatory T cell and M2 macrophage polarization in the inflamed colon Immune cell responses play an important role in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). In particular, the balance between Tregs and other T cells in the intestinal microenvironment plays an important role in alleviating colitis, and macrophages mediate the inflammatory response through M1/M2 polarization in the colon, leading to the pathogenesis of IBD. plays an important role in the mechanism. Therefore, we sought to confirm the immunomodulatory effect of TSG-primed exosomes on the polarization of regulatory T cells and M2-type macrophages in the inflamed colon. We also next investigated the effect of TSG-primed exosomes on the immune cell profile of mice with DSS-induced colitis.
具体的には、3%DSS-大腸炎マウス(1グループ当たりn=2~4マウス)を10日に犠牲にさせ、結腸組織を収得した後、結腸組織においてTh1、Th、2、Th、17およびTreg細胞のレベルを評価した。固有層(Lamina propria)細胞は、腸から分離された。結腸組織を小さい断片(3mm×3mm)に切断し、振とう培養器(shaking incubator)で2mM EDTA(Sigma)を含むHBSS緩衝液と共に、220rpmで30分間培養した。37℃で上皮を除去した後、組織を5%FBS、1mg/mlのCollagenase D(Sigma)および0.1mg/mlのDNase I(Sigma)を含むRPMIで220rpmで37℃で60分間振とう培養器で分解(digest)した。分解サンプルを40μm細胞ストレーナーを介してろ過した後、300xgで5分間遠心分離した。分離した細胞をCD11b、F4/80、CD206およびアルギナーゼ1(arginase 1、BD Biosciences)に対する蛍光標識抗体で染色し、フローサイトメトリーで分析した。 Specifically, 3% DSS-colitis mice (n = 2-4 mice per group) were sacrificed on day 10 and colon tissues were harvested. and Treg cell levels were assessed. Lamina propria cells were isolated from the intestine. Colon tissues were cut into small pieces (3 mm x 3 mm) and incubated with HBSS buffer containing 2 mM EDTA (Sigma) for 30 min at 220 rpm in a shaking incubator. After removing the epithelium at 37°C, tissues were cultured in RPMI containing 5% FBS, 1 mg/ml Collagenase D (Sigma) and 0.1 mg/ml DNase I (Sigma) with shaking at 220 rpm for 60 min at 37°C. It was digested in a container. The degraded samples were filtered through a 40 μm cell strainer and then centrifuged at 300×g for 5 minutes. The separated cells were stained with fluorescently labeled antibodies against CD11b, F4/80, CD206, and arginase 1 (BD Biosciences) and analyzed by flow cytometry.
その結果、Th1(T-bet)、Th2(GATA3)およびTh17(RORγファミリー転写因子の発現レベルは、GW-CM処理マウスの結腸組織において増加したが、エキソソーム処理マウスにおいて減少した。特に、GATA3発現は、CTL-Exo処理されたマウスに比べて、TSG-Exo処理されたマウスにおいてさらに有意に減少した。Foxp3およびTreg転写因子は、CTL-Exo処理されたマウスと比較して、TSG-Exo処理されたマウスにおいて有意に増加した(図11A)。 As a result, the expression levels of Th1 (T-bet), Th2 (GATA3) and Th17 (RORγ family transcription factors) were increased in the colon tissue of GW-CM treated mice, but decreased in exosome treated mice. In particular, GATA3 expression was further significantly decreased in TSG-Exo-treated mice compared to CTL-Exo-treated mice.Foxp3 and Treg transcription factors were significantly reduced in TSG-Exo-treated mice compared to CTL-Exo-treated mice. (Fig. 11A).
また、CXCL9、MCP1およびiNOSのM1型マーカー発現は、GW-CM処理マウスに比べて、CTL-Exo-およびTSG-Exo処理マウスにおいて減少した。CXCL9レベルは、CTL-Exo処理されたマウスに比べて、TSG-Exo処理されたマウスにおいて顕著に減少した。Arg1およびCD206のM2型マーカー発現は、エキソソーム処理において増加し、この効果は、TSG-Exo処理群において有意にさらに大きかった(図11B)。 Also, M1 type marker expression of CXCL9, MCP1 and iNOS was decreased in CTL-Exo- and TSG-Exo treated mice compared to GW-CM treated mice. CXCL9 levels were significantly decreased in TSG-Exo treated mice compared to CTL-Exo treated mice. M2 type marker expression of Arg1 and CD206 was increased upon exosome treatment, and this effect was significantly greater in the TSG-Exo treated group (FIG. 11B).
DSSで誘導された大腸炎マウスは、陰性対照群マウスと比較して、大腸の固有層でF4/80+CD11b+細胞(マクロファージ)の割合が有意に増加したことが分かった(図12C、D)。エキソソーム処理は、F4/80+CD11b+細胞の割合に影響を
及ぼさなかったが、図12C、D)、結腸マクロファージにおいてCD206およびアルギナーゼ1の発現レベルは、TSGプライムされたエキソソーム処理マウスにおいて有意に上昇した(図12E)。このようなデータは、TSGプライムされたエキソソームが調節性T細胞を誘導し、M2型マクロファージを分極化することによって、粘膜炎症を弱化させることを示唆する。
It was found that mice with DSS-induced colitis had a significantly increased proportion of F4/80+CD11b+ cells (macrophages) in the lamina propria of the large intestine compared to mice in the negative control group (FIGS. 12C, D). Although exosome treatment did not affect the percentage of F4/80+CD11b+ cells (Fig. 12C,D), the expression levels of CD206 and Arginase 1 in colonic macrophages were significantly increased in TSG-primed exosome-treated mice (Fig. 12E). These data suggest that TSG-primed exosomes attenuate mucosal inflammation by inducing regulatory T cells and polarizing M2-type macrophages.
[実施例6]
ERストレス誘導されたWJ-MSCまたはエキソソーム分析
<6-1>ERストレス誘導されたWJ-MSC特徴の確認
ヒトMSCの免疫調節特性に対する小胞体ストレス(ER-stress)の影響を調べるために、ER-stress誘導物質としてタプシガルギン(TSG、Th、apsigargin)、ツニカマイシン(Tunicamycin,Tu)、ブレフェルジンA(Brefeldin A、BFA)、ジチオトレイトール(DTT,dithiothreitol)またはMG132(MG)を前記実施例<1-2>と同じ方法でそれぞれ処理し、ERストレスが誘導されたWJ-MSCにおいてERストレスマーカーおよび炎症遺伝子の発現を確認した。
[Example 6]
ER stress-induced WJ-MSC or exosome analysis <6-1> Confirmation of ER stress-induced WJ-MSC characteristics In order to investigate the influence of endoplasmic reticulum stress (ER-stress) on the immunomodulatory properties of human MSC, we - Thapsigargin (TSG, Th, apsigargin), Tunicamycin (Tu), Brefeldin A (BFA), dithiothreitol (DTT) or MG132 (MG) was used as a stress inducer in the above Example <1- 2>, the expression of ER stress markers and inflammatory genes was confirmed in WJ-MSCs in which ER stress was induced.
その結果、図13に示されたように、ER-stressマーカーであるGRP94とCHOPは、ヒトMSCにおいてER-stress誘導物質を処理した後、有意に増加した。また、ER-stress誘発物質を処理したMSCは、処理しないMSCより抗炎症性サイトカインCOX2、IDOおよびIL-10の発現レベルが有意に高かったが、IL-1β、IFNγおよびTNFαを含む前炎症性サイトカインの発現がさらに低いことを確認した。 As a result, as shown in FIG. 13, ER-stress markers GRP94 and CHOP significantly increased after treatment with ER-stress inducers in human MSCs. Additionally, MSCs treated with ER-stress inducers had significantly higher expression levels of anti-inflammatory cytokines COX2, IDO, and IL-10 than untreated MSCs, while pro-inflammatory cytokines including IL-1β, IFNγ, and TNFα We confirmed that the expression of cytokines was even lower.
<6-2>ERストレス誘導されたWJ-MSCの免疫調節効果の確認-T細胞の増殖抑制
T細胞の増殖で小胞体ストレス(ER-stress)誘発物質が処理されたMSCの免疫調節特性を評価するために、PBMCとMSCを前記実施例<1-2>と同じ方法で共培養した。
<6-2> Confirmation of the immunomodulatory effect of ER stress-induced WJ-MSCs - Suppression of T cell proliferation. For evaluation, PBMC and MSC were co-cultured in the same manner as in Example <1-2> above.
その結果、図14に示されたように、ER-stress誘発物質(TSG、Tu、BFA、DTT、MG)が処理されたMSCは、処理しないMSCに比べて、総T、CD4+、CD8+T細胞の増殖抑制効果がさらに増加したことを確認することができた。 As a result, as shown in Figure 14, MSCs treated with ER-stress inducers (TSG, Tu, BFA, DTT, MG) had higher total T, CD4+, and CD8+ T cells than MSCs that were not treated. It was confirmed that the growth inhibitory effect was further increased.
このような結果は、ER-stress誘発物質によりER stressを受けたMSCが抗炎症性サイトカインの生産を増加させて、T細胞の増殖抑制を強化するのに効果的な機能を示すことを示す。 These results indicate that MSCs subjected to ER stress by an ER-stress inducer increase the production of anti-inflammatory cytokines and exhibit an effective function in enhancing the suppression of T cell proliferation.
<6-3>ERストレス誘導されたWJ-MSCから分泌されたエキソソームの免疫調節効果の確認-T細胞の増殖抑制
ER stress誘発物質(TSG、Tu、BFA、DTT、MG)を処理したMSCから分泌されたエキソソームの免疫抑制効果を確認するために、PBMCとエキソソームを前記[実施例2]と同じ方法で共培養した。
<6-3> Confirmation of the immunomodulatory effect of exosomes secreted from ER stress-induced WJ-MSCs - Suppression of T cell proliferation from MSCs treated with ER stress inducers (TSG, Tu, BFA, DTT, MG) In order to confirm the immunosuppressive effect of secreted exosomes, PBMC and exosomes were co-cultured in the same manner as in [Example 2] above.
その結果、図15に示されたように、TSG、BFA、Tuが処理されたエキソソームが対照群(cont-exo)に比べて、総T、CD4+TおよびCD8+T細胞の増殖をさらに強力に抑制することを確認することができた。 As a result, as shown in Figure 15, exosomes treated with TSG, BFA, and Tu more strongly suppressed the proliferation of total T, CD4+T, and CD8+T cells compared to the control group (cont-exo). I was able to confirm that.
このような結果は、ER-stress誘発物質がMSCにおいて改善された免疫調節特性を有するエキソソームを生成できることを示す。 These results indicate that ER-stress inducers can generate exosomes with improved immunomodulatory properties in MSCs.
[統計分析]
統計分析は、GraphPad Prism v8.0.1(GraphPad Software,San Diego,CA)を用いて一員分散分析(ANOVA)とTukeyの多重比較テストを用いて行われた。すべてのデータは、平均±S.Dで表示された。P値<0.05は、統計的に有意なものと見なされた。
[Statistical analysis]
Statistical analyzes were performed using GraphPad Prism v8.0.1 (GraphPad Software, San Diego, CA) using member analysis of variance (ANOVA) and Tukey's multiple comparisons test. All data are mean±S. Displayed as D. P values <0.05 were considered statistically significant.
本発明によって小胞体ストレス誘発物質を処理した間葉系幹細胞由来のエキソソーム(TSG-Exo)は、抗炎症性サイトカイン、調節性T細胞およびM2型マクロファージのレベルが増加し、前炎症性サイトカイン、ヘルパーT細胞およびM1型マクロファージのレベルが減少するなど免疫調節能力が増加し、大腸炎マウスモデルで効果的に炎症を緩和させた。したがって、本発明は、炎症性疾患の予防または治療用組成物および免疫調節用組成物として効果的に用いられ得るので、産業上の利用可能性がある。 Mesenchymal stem cell-derived exosomes (TSG-Exo) treated with endoplasmic reticulum stress inducers according to the present invention increase the levels of anti-inflammatory cytokines, regulatory T cells, and M2-type macrophages, and increase the levels of pro-inflammatory cytokines and helper cells. The immunomodulatory capacity was increased, including decreased levels of T cells and M1-type macrophages, and effectively alleviated inflammation in a mouse model of colitis. Therefore, the present invention has industrial applicability because it can be effectively used as a composition for preventing or treating inflammatory diseases and as a composition for immunomodulating.
配列目録Free Text
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配列番号2は、hCOX-2の逆方向プライマー配列に該当する。
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配列番号4は、hIDOの逆方向プライマー配列に該当する。
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配列番号9は、hIL-1βの正方向プライマー配列に該当する。
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配列番号19は、mCD206の正方向プライマー配列に該当する。
配列番号20は、mCD206の逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号21は、mCXCL9の正方向プライマー配列に該当する。
配列番号22は、mCXCL9の逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号23は、mFoxp3の正方向プライマー配列に該当する。
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配列番号25は、mGATA3の正方向プライマー配列に該当する。
配列番号26は、mGATA3の逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号27は、miNOSの正方向プライマー配列に該当する。
配列番号28は、miNOSの逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号29は、mMCP1の正方向プライマー配列に該当する。
配列番号30は、mMCP1の逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号31は、mRORγの正方向プライマー配列に該当する。
配列番号32は、mRORγの逆方向プライマー配列に該当する。
配列番号33は、mT-betの正方向プライマー配列に該当する。
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SEQ ID NO: 2 corresponds to the reverse primer sequence of hCOX-2.
SEQ ID NO: 3 corresponds to the hIDO forward primer sequence.
SEQ ID NO: 4 corresponds to the hIDO reverse primer sequence.
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