KR101647918B1 - 포스포리파제 d2 억제제를 유효성분으로 포함하는 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 조성물 - Google Patents
포스포리파제 d2 억제제를 유효성분으로 포함하는 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 조성물 및 이를 이용한 치료방법 등에 관한 것이다.
발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 박테리아 감염 질환 모델, 특히 패혈증 모델에서 폐 염증, 간 염증 차단, NET 생산 유도를 통한 살균 활성, 염증성 사이토카인의 생산 차단 등의 효과를 나타내는 특징이 있으므로, 패혈증 또는 패혈성 쇼크 치료제로 사용가능할 것으로 기대된다.
발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 박테리아 감염 질환 모델, 특히 패혈증 모델에서 폐 염증, 간 염증 차단, NET 생산 유도를 통한 살균 활성, 염증성 사이토카인의 생산 차단 등의 효과를 나타내는 특징이 있으므로, 패혈증 또는 패혈성 쇼크 치료제로 사용가능할 것으로 기대된다.
Description
본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 조성물 및 이를 이용한 치료방법 등에 관한 것이다.
박테리아 감염 중 하나인 패혈증(Sepsis)은 침입한 미생물의 감염으로부터 발생하는 전신적인 염증 반응 증후군 (systemic inflammatory response syndrome, SIRS)이다(Cohen, J. 2002. The immunopathogenesis of sepsis. Nature . 420:885-891.). 패혈증은 위장관이나 피부로부터 인접한 조직에 공생하는 미생물의 유입으로 발생하여, 비뇨생식기, 담즙, 폐, 또는 위장관 등의 부분적 감염이 혈액감염을 유발할 수 있다. 또한 정맥주사 등을 통해 직접적으로 혈액으로 침투될 수도 있다. 즉 이런 미생물의 감염에 의해서 숙주(host)인 사람의 반응이 다양한 형태로 나타나게 되는데, 열이나 저열, 오한, 빈맥(tachycardia), 빈호흡 (tachypnea) 등의 염증 반응으로 예고되는 것을 말한다. 패혈증은 원인을 조기에 신속하고 정확하게 진단하지 못할 경우에는 중증 패혈증 (severe sepsis)이나 패혈성 쇼크 (septic shock), 또는 합병증으로서 폐, 신장, 간, 순환기 등의 기능장애가 초래되는 다장기 기능장애 증후군 (multiple organ dysfuntion syndrome, MODS)으로 발전하게 되고 사망까지 이르게 되는 매우 치명적인 질환이다. 지난 20년 동안 의료 분야의 혁신적인 발전에도 불구하고, 중증 패혈증 및 패혈성 쇼크의 발생정도는 지속적으로 증가하고 있고, 미국에서 매년 750,000 이상의 새로운 패혈증 환자가 생기고 있다. 미국에서, 중증 패혈증과 관련된 전체적인 사망률은 약 27%이고, 병원 내의 사망이 17%를 포함한다. 하지만, 현재 패혈증 환자의 생존을 향상시킬 수 있는 효과적인 치료제는 없다.
패혈증에 의한 치사율은 초기 패혈증에서의 내재면역 시스템 장애에서 비롯된 염증 반응에 대한 조절불능과 밀접한 관계가 있음을 최근 연구에서 밝힌바 있다. 또한 패혈증은 과도한 림프구 세포사멸을 동반하며, 이에 따라 다장기장해 (multi-organ failure)가 발생한다. 사이토카인 레벨의 현저한 변화가 일어나며, 염증유발(proinflammatory) 사이토카인인 TNF-α (tumor necrosis factor-α), IL-1β 등이 현격하게 증가한다. 따라서 살균 활성, 사이토카인의 불균형 방지, 림프구의 세포사멸 저해 또는 사멸 등이 패혈증 치료의 표적이 되어야 한다.
한편, 포스포리파제 D2 (PLD2)는 포스파티딜 콜린(phosphatidylcholine)을 포스파티드 산(phosphatidic acid, PA)과 콜린(choline)으로 가수분해하는 효소이다(Jang, J.H., C.S. Lee, D. Hwang, and S.H. Ryu. 2012. Understanding of the roles of phospholipase D and phosphatidic acid through their binding partners. Progress in Lipid Research. 51:71-81.)이다. 현재. PLD2가 소포 수송(vesicle transport), 세포 골격 조직을 통한 세포 이동, 세포 증식/세포사멸 및 세포 분화 등과 같은 다양한 생물학적 과정에 관련이 있음이 보고되었지만(Jang, J.H., C.S. Lee, D. Hwang, and S.H. Ryu. 2012. Understanding of the roles of phospholipase D and phosphatidic acid through their binding partners. Progress in Lipid Research. 51:71-81.), 패혈증 발병과정에서의 기능 및 역할에 대해서는 밝혀진 바가 없다.
본 발명자들은 효과적인 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증 또는 패혈성 쇼크 치료제를 개발하기 위하여 연구한 결과, 패혈증의 병적 진행(pathological progression) 과정에서 포스포리파제 D2(PLD2)의 기능을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
이에, 본 발명의 목적은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는, 박테리아 감염 질환 예방, 개선 또는 치료용 조성물을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는, 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예로, 상기 질환은 패혈증 또는 패혈성 쇼크일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예로, 상기 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 N-[2-(4-옥소-1-페닐-1,3,8-트리아자스피로[4,5]데칸-8-일)에틸]-2-나프탈렌카르복사미드(N-[2-(4-oxo-1-phenyl-1,3,8-triazaspiro[4,5]decan-8-yl)ethyl]-2-naphthalenecarboxamide)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 조성물은 살균 활성(bactericidal activity)을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 조성물은 호중구에서 펩티딜아르기닌 데이미나제 4(peptidylarginine deiminase 4, PAD4) 활성을 증강시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 조성물은 염증성 사이토카인의 생산을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 염증성 사이토카인은 TNF-α, IL-1β, IFN-γ, IL-17 및 IL-23으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 조성물은 림프구의 세포사멸(apoptosis)을 저해할 수 있다.
또한, 본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는, 박테리아 감염 질환 예방 또는 개선용 건강기능 식품 조성물을 제공한다.
더욱이, 본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 개체에 투여하는 단계를 포함하는, 박테리아 감염 질환을 치료하는 방법을 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제의 박테리아 감염 질환의 예방, 개선, 또는 치료 용도를 제공한다.
본 발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 박테리아 감염 질환 모델, 특히 패혈증 모델에서 폐 염증, 간 염증 차단, NET 생산 유도를 통한 살균 활성, CXCR2의 세포내로의 이동 차단을 통한 효과적인 호중구 이동성 유지, 염증성 사이토카인의 생산 차단 등의 효과를 나타내는 특징이 있으므로, 패혈증 또는 패혈성 쇼크 치료제로 사용가능할 것으로 기대된다.
도 1은, (A) WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시한 후 시간에 따른 생존율 변화, (B) WT 마우스에 CLP 수술 후 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, 시간에 따른 생존율 변화, (C) S. aureus-매개 패혈증 모델에서 생존율 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는, (A) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 폐의 조직학적 분석 결과, (B) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 폐의 Wet to Dry (W/D) 중량비를 측정하여 정량화한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 간의 조직학적 분석 결과, (B) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 AST 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 복막세척액에서 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 비장세포를 LPS로 자극한 경우의 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현 증감을 비교한 결과, (B) WT 마우스로부터 분리된 비장세포를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현 증감을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 흉선과 비장에서의 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 신장과 간에서 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 비장에서 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 복막세척액, 말초혈액, 기관지 폐포세척액, 폐, 간 및 비장 조직에서 PLD2 결핍에 따른 세균집락수(bacterial colony count)를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 NET 형성을 비교한 결과, (B) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클 또는 PLD2 억제제를 처리하고, 이오노마이신(ionomycin)으로 자극을 준 후의 NET 형성을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 복막액에서 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 폐에서 호중구 및 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는, (A) WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 PAD 활성을 비교한 결과, (B) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 폐로부터 분리한 세포에서 PAD 활성을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 세포내 칼슘 동원(intracellular calcium mobilization)을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 기관지 폐포세척액(BALF)에서 총 백혈구 수를 비교한 결과, (B) 호중구 및 단핵구 수를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 기관지 폐포세척액(BALF)의 호중구에서 CXCR2의 발현 수준을 비교한 결과, (B) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 CXCR2의 발현 수준을 비교한 결과, (C)는 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과, (D)는 WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 GRK2 수준을 비교한 결과, (B) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 GRK2 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 19는 WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 세포내 신호전달 경로의 저해제(BAY11-7082)를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 GRK2 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 20은, (A) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 BAY11-7082로를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 (A) CXCR2 발현 수준을 비교한 결과, (B) CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 21은 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CXCR2 길항제 SB225002를 처리한 후, 시간에 따른 생존율 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 22는 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS로 자극한 후, p65 전위를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 23은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 복막액에서 세균집락수를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 24는, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 (A) 폐 염증도 (B) 비장세포의 세포사멸 정도를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 25는, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 (A) 복막액 (B) 기관지 폐포세척액(BALF)에서 염증성 사이토카인/케모카인 발현 증감을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 26은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스에서 호중구의 In vivo trafficking 능력을 유세포 분석기를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 27은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스를 CLP 수술 후, 시간에 따른 생존율 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는, (A) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 폐의 조직학적 분석 결과, (B) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 폐의 Wet to Dry (W/D) 중량비를 측정하여 정량화한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 간의 조직학적 분석 결과, (B) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 AST 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 복막세척액에서 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 비장세포를 LPS로 자극한 경우의 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현 증감을 비교한 결과, (B) WT 마우스로부터 분리된 비장세포를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 염증성 사이토카인 및 케모카인 발현 증감을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 흉선과 비장에서의 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 신장과 간에서 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 비장에서 세포사멸을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 복막세척액, 말초혈액, 기관지 폐포세척액, 폐, 간 및 비장 조직에서 PLD2 결핍에 따른 세균집락수(bacterial colony count)를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 10은, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 NET 형성을 비교한 결과, (B) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클 또는 PLD2 억제제를 처리하고, 이오노마이신(ionomycin)으로 자극을 준 후의 NET 형성을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 복막액에서 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 폐에서 호중구 및 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는, (A) WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 PAD 활성을 비교한 결과, (B) sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 폐로부터 분리한 세포에서 PAD 활성을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 호중구를 이오노마이신(ionomycin) 자극 후의 세포내 칼슘 동원(intracellular calcium mobilization)을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 기관지 폐포세척액(BALF)에서 총 백혈구 수를 비교한 결과, (B) 호중구 및 단핵구 수를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은, (A) CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리한 기관지 폐포세척액(BALF)의 호중구에서 CXCR2의 발현 수준을 비교한 결과, (B) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 CXCR2의 발현 수준을 비교한 결과, (C)는 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과, (D)는 WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 18은, (A) WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS 자극 후 GRK2 수준을 비교한 결과, (B) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 PLD2 억제제를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 GRK2 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 19는 WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 세포내 신호전달 경로의 저해제(BAY11-7082)를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 GRK2 수준을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 20은, (A) WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 BAY11-7082로를 처리하고, LPS로 자극한 경우의 (A) CXCR2 발현 수준을 비교한 결과, (B) CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis) 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 21은 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CXCR2 길항제 SB225002를 처리한 후, 시간에 따른 생존율 변화를 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 22는 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS로 자극한 후, p65 전위를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 23은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 복막액에서 세균집락수를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 24는, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 (A) 폐 염증도 (B) 비장세포의 세포사멸 정도를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 25는, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스로부터 분리한 (A) 복막액 (B) 기관지 폐포세척액(BALF)에서 염증성 사이토카인/케모카인 발현 증감을 비교한 결과를 나타낸 것이다.
도 26은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스에서 호중구의 In vivo trafficking 능력을 유세포 분석기를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 27은 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스를 CLP 수술 후, 시간에 따른 생존율 변화를 비교한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는 박테리아 감염 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어, "예방"이란 본 발명의 조성물의 투여에 의해 박테리아 감염 질환을 억제시키거나 발병을 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어, "치료"란 본 발명의 조성물의 투여에 의해 박테리아 감염 질환에 의한 증세가 호전되거나 이롭게 변경되는 모든 행위를 의미한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "박테리아 감염 질환"이란 박테리아(세균)에 의해 유발되는 질병으로서, 바람직하게는, 패혈증 또는 패혈성 쇼크일 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는, 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증의 병적 진행(pathological progression) 과정에서 포스포리파제 D2 (Phospholipase D2, PLD2)가 호중구의 이동성 및 활성 조절에 중요하게 작용한다는 사실을 최초로 규명하였다. PLD2를 억제(넉아웃 포함)시키는 경우, 호중구에서 펩티딜아르기닌 데이미나제 4(peptidylarginine deiminase 4, PAD4) 활성을 증가시켜 세포외 트랩(extracellular trap, NET) 형성으로 인한 살균 활성(bactericidal activity)을 향상시키며, 면역세포의 세포사멸을 억제하고, 호중구의 보충이 유도되어, 이를 통해 패혈증 또는 패혈성 쇼크의 치료에 효과적임을 최초로 확인하였다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, PLD2를 억제(넉아웃 포함)하는 경우, 패혈증으로 유도되는 사망률을 현저히 낮추며(실시예 2 참조), 패혈증으로 인한 사망률과 관련이 있는 폐 염증 및 간 염증도 현저히 약화시킴을 확인하였다(실시예 3 및 실시예 4 참조).
본 발명의 다른 실시예에서는, PLD2를 억제(넉아웃 포함)하는 경우, 염증성 사이토카인/케모카인의 생산을 유의적으로 감소시키며(실시예 5 참조), 면역세포의 세포사멸이 억제됨을 확인하였다(실시예 6 참조).
본 발명의 또 다른 실시예에서는, PLD2를 억제(넉아웃 포함)하는 경우, 호중구에서 활성-의존(activation-dependent)하는 칼슘 신호 전달을 향상시키고, 칼슘-의존 PAD 효소 활성을 증가시킴으로써, 호중구에서 히스톤 3 시트룰린화 및 NET 형성을 일으킴을 확인하였다(실시예 7 참조).
본 발명의 또 다른 실시예에서는, PLD2가 마우스의 호중구에서 LPS에 의한 NF-κB(GRK2 발현의 주요 전사인자)의 활성에 필요하며, 이를 통해, GRK2의 발현을 조절하여 CXCR2의 표면발현을 조절하는데 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다(실시예 8 참조).
이에, PLD2를 저해 또는 억제시키는 물질은 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증 또는 패혈성 쇼크의 예방, 개선 또는 치료에 유용하게 이용될 수 있다.
본 발명의 조성물에 유효성분으로 포함되는 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제로는 포스포리파제 D2를 억제할 수 있는 물질이면 특별히 이를 제한되지 않으며, 예컨대, N-[2-(4-옥소-1-페닐-1,3,8-트리아자스피로[4,5]데칸-8-일)에틸]-2-나프탈렌카르복사미드(N-[2-(4-oxo-1-phenyl-1,3,8-triazaspiro[4,5]decan-8-yl)ethyl]-2-naphthalenecarboxamide)를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 약학적 조성물에 있어서, 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 조성물 총 중량에 대해 0.1 내지 60 중량%로 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 약학적 조성물은, 약학적으로 유효한 양의 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 단독으로 포함하거나 하나 이상의 약학적으로 허용되는 담체, 부형제 또는 희석제를 포함할 수 있다. 상기에서 "약학적으로 유효한 양"이란 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증이나 패혈증 쇼크 증상을 예방 또는 치료하기에 충분한 양을 말한다.
본 발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제의 약학적으로 유효한 양은 0.5 ~ 100 mg/day/체중kg, 바람직하게는 1 ~ 50 mg/day/체중kg, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 mg/day/체중kg이다. 그러나 상기 약학적으로 유효한 양은 증상의 정도, 환자의 연령, 체중, 건강상태, 성별, 투여 경로 및 치료기간 등에 따라 적절히 변화될 수 있으므로 상기에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기에서 "약학적으로 허용되는"이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 위장 장애, 현기증과 같은 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 조성물을 말한다. 상기 담체, 부형제 및 희석제의 예로는, 락토즈, 덱스트로즈, 수크로즈, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 폴리비닐피롤리돈, 물, 메틸하이드록시벤조에이트, 프로필하이드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있다. 또한, 충진제, 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 및 방부제 등을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 인간을 포함하여 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증 또는 패혈증 쇼크의 치료를 필요로 하는 개체에 투여된 후 활성 성분의 신속, 지속 또는 지연된 방출을 제공할 수 있도록 당업계에 공지된 방법을 사용하여 제형화될 수 있다. 제형은 분말, 과립, 정제, 에멀젼, 시럽, 에어로졸, 연질 또는 경질 젤라틴 캡슐, 멸균 주사용액, 멸균 분말일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 약학적 조성물은 경구, 경피, 피하, 정맥 또는 근육을 포함한 여러 경로를 통해 투여될 수 있으며, 활성 성분의 투여량은 투여 경로, 환자의 연령, 성별, 체중 및 환자의 중증도 등의 여러 인자에 따라 적절히 선택될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증이나 패혈증 쇼크 증상을 예방, 개선, 또는 치료하는 효과를 가지는 수술, 호르몬 치료, 약물 치료 및 생물학적 반응 조절제와 같은 공지의 방법과 병행하여 사용할 수 있다. 특히, 패혈증 또는 패혈성 쇼크와 같은 감염성 질환의 경우 기본적으로 항생제를 투여하므로, 항생제와 병용하여 본 발명의 조성물을 투여하면 항생제의 효과를 증강시킬 수 있다. 상기 항생제는 예를 들어 베타-락탐(β-lactam) 계열 항생제, 아미노글리코사이드(aminoglycoside) 계열 항생제, 마크로라이드(macrolide) 계열 항생제, 린코사마이드(lincosamide) 계열 항생제, 니트로이미다졸(nitroimidazole) 계열 항생제, 퀴놀론(quinolones) 계열 항생제, 우레이도페니실린(ureidopenicillin) 계열 항생제, 또는 글리코펩티드 (glycopeptide) 계열 항생제를 단독 또는 조합한 것일 수 있으며, 보다 상세하게는 ampicillin, azithromycin, benzyl penicillin, cefepime, ceftriaxone, cephazolin, clindamycin, flucloxacillin, gentamycin, cephalosporin, lincomycin, metronidazole, moxifloxacin, piperacillin, tazobactam, ticarcillin, clavulanic acid, vancomycin 등의 항생제를 단독 또는 조합한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 더하여, 본 발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증 또는 패혈증 쇼크의 예방 또는 개선을 목적으로 하는 식품에 첨가하여, 패혈증 또는 패혈증 쇼크 증상을 예방 또는 개선하기 위한 건강기능식품 조성물로도 사용할 수 있다.
그러므로 본 발명에 따른 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 박테리아 감염 질환, 특히 패혈증 또는 패혈증 쇼크의 예방 및 개선에 효과가 있는 건강기능식품, 예컨대, 식품의 주원료, 부원료, 식품 첨가제, 기능성 식품 또는 음료의 제조에 용이하게 활용할 수 있다.
본원발명에서 상기 "건강기능식품"이란 식품에 물리적, 생화학적, 생물공학적 수법 등을 이용하여 해당 식품의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 식품군이나 식품 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체내조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 식품을 의미하며, 이는 식품학적으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 통상적으로 사용되는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원발명의 건강기능식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 충진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있으며, 상기 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
상기 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제의 양은 전체 건강기능식품 중량의 0.001 중량% 내지 90 중량%로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 40 중량%로 포함할 수 있고, 장기간 섭취 용도일 경우에는 상기 범위 이하일 수 있으나, 유효성분이 안전성 면에서 아무런 문제가 없어 상기 범위 이상의 양으로 사용될 수 있기 때문에 상기 범위에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 양태로서, 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는 약학적 조성물의 약제학적 유효량을 개체에 투여하여 박테리아 감염 질환, 바람직하게는 패혈병 또는 패혈성 쇼크를 치료하는 방법을 제공한다. 본 발명에서 개체란 질병의 치료를 필요로 하는 대상을 의미하고, 보다 구체적으로는 인간, 또는 비-인간인 영장류, 생쥐(mouse), 쥐(rat), 개, 고양이, 말, 및 소 등의 포유류를 의미한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 패혈증 마우스 모델 제조
1-1. CLP-유도 패혈증 모델
C57Bl/6 마우스는 Orient Bio (Seongnam, Korea)으로부터 구입하였다. PLD2 넉아웃(KO) 마우스는 이전 연구(Ghim, J., J.S. Moon, C.S. Lee, J. Lee, P. Song, A. Lee, J.H. Jang, D. Kim, J.H. Yoon, Y.J. Koh, C. Chelakkot, B.J. Kang, J.M. Kim, K.L. Kim, Y.R. Yang, Y. Kim, S.H. Kim, D. Hwang, P.G. Suh, G.Y. Koh, Y.Y. Kong, and S.H. Ryu. 2014. Endothelial deletion of phospholipase d2 reduces hypoxic response and pathological angiogenesis. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 34:1697-1703. )에 기재된 방법으로 제조하였다. 동물과 관련된 모든 실험은 성균관대학교 의대에서 Institutional Review Committee for Animal Care and Use의 허가를 받았다. CLP(맹장 결찰 및 천공, cecal ligation and puncture) 패혈증 모델은 이전 연구(Kim, S.D., H.Y. Lee, J.W. Shim, H.J. Kim, Y.H. Yoo, J.S. Park, S.H. Baek, B.A. Zabel, and Y.S. Bae. 2011. Activation of CXCR2 by extracellular matrix degradation product acetylated Pro-Gly-Pro has therapeutic effects against sepsis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 184:243-251.)에 기재된 방법으로 제조하였다. 즉, 졸레틸(Zoletil) 50 mg/kg 및 럼푼(Rompun) 10 mg/kg의 복강 내 주사를 통하여 마우스를 마취시킨 후, 복부의 정중선 절개를 통하여 맹장을 노출시켰다. 그리고 나서, 맹장을 회맹판 (ileocecal valve)의 말단을 결찰시켰으며, 표면을 22 게이지의 바늘을 이용하여 두차례 또는 사이토카인 생산의 측정을 위하여 한차례 천공시킨 뒤 복부를 봉합하였다.
한편, 대조군 (sham) CLP 마우스는 동일한 과정을 수행하였으나 맹장을 천공하지 않았다.
1-2.
S. aureus
-매개 패혈증 모델
C57Bl/6 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 복강내에 S. aureus (2 × 108 cells per mouse)를 주입하였다.
실시예 2. 패혈증 모델에서 PLD2 결핍에 따른 생존율 변화 확인
2-1. CLP-유도 패혈증 모델에서 생존율 변화 확인
실시예 1-1의 방법에 의해 WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP(맹장 결찰 및 천공, cecal ligation and puncture) 수술을 실시한 후, 시간에 따른 생존율 변화를 확인하였다. 그 결과, 도 1A에 나타낸 바와 같이, WT 마우스의 경우, CLP 수술 후 10일 째에 단 20%만이 생존한 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 경우에는 90%가 생존하였음을 확인할 수 있었다.
추가적으로, WT 마우스에 CLP 수술 후 2, 14, 26 및 38시간에, 각각 비히클(vehicle)(PBS 내 0.5% Tween 80) 또는 PLD2 억제제((N-[2-(4-oxo-1-phenyl-1,3,8-triazaspiro[4,5]decan-8-yl)ethyl]-2-naphthalenecarboxamide; CAY10594)(10 mg/kg)를 CLP 마우스에 4번 피하주사하고, 10일 동안 각 마우스의 생존을 매일 모니터하였다. 그 결과, 도 1B에 나타낸 바와 같이, PLD2 억제제를 처리한 WT 마우스에서 40%가 생존하였는바, PLD2 억제제를 처리하는 경우 WT 마우스에서 생존이 상당히 연장되었음을 확인할 수 있었다.
2-2.
S. aureus
-매개 패혈증 모델에서 생존율 변화 확인
Staphylococcus aureus(S. aureus)는 패혈증을 일으키는 주요 그람 양성세균이다. 이에, 상기 실시예 1-1의 방법에 의해 WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 S. aureus를 주입하고, 시간에 따른 생존율 변화를 확인하였다. 그 결과, 도 1C에 나타낸 바와 같이 WT 마우스의 경우, CLP 수술 후 10일 째에 단 10%만이 생존한 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 경우에는 50%가 생존하였음을 확인할 수 있었다.
상기 결과들로부터, PLD2, 보다 구체적으로는, PLD2 활성은 패혈증의 병적 진행(pathological progression)에 관여하고, 이에 PLD2 결핍은 CLP-유도 또는 S. aureus-매개 패혈증에서 사망률을 유의적으로 줄인다는 것을 알 수 있었다.
실시예 3. CLP-유도 패혈증 모델에서 PLD2 결핍과 폐 염증과의 관련도 확인
3-1. 조직학적 관찰
CLP-유도 패혈증 마우스의 사망률이 폐 염증과 밀접하게 관련이 있다는 것은 잘 알려진 사실이다(Cohen, J. 2002. The immunopathogenesis of sepsis. Nature. 420:885-891). 이에, 실시예 1-1의 방법에 따라 WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시하고, 수술 후 24시간 뒤 마우스를 안락사 시키고, 폐를 고정하고 절단하여 형태학적 분석을 위해 헤마톡시린 (hematoxylin)과 에오신 (eosin)으로 염색을 하였다. 그 결과, 도 2A에 나타낸 바와 같이, CLP는 WT 마우스에서 심각한 폐포 울혈(alveolar congestion) 및 대규모 혈전 형성을 동반한 폐의 급격한 염증을 일으킨 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 CLP는 이러한 염증 현상을 일으키지 않음을 확인할 수 있었다.
3-2. 폐부종 (pulmonary edema)의 정량화
폐 염증을 정량화하기 위해, 실시예 1-1의 방법에 따라 sham 또는 CLP 수술을 실시한 WT 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 추출한 폐의 Wet to Dry (W/D) 중량비를 측정하여 정량화하였다. 즉, sham 또는 CLP 수술 후 24시간 뒤 마우스를 안락사 시키고, 수확된 전체 습윤 폐(wet lung)의 무게를 재고 60℃ 오븐에 48시간 동안 위치시켰다. 그리고 나서, 건조중량 (dry weight)을 측정하여 W/D 비율을 산출하였다. 그 결과, 도 2B에 나타낸 바와 같이, CLP 수술은 WT 마우스에서 폐의 wet/dry ratio를 상당히 증가시킴을 확인할 수 있었고, 이로부터 부종이 존재함을 알 수 있었다. 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 경우에는 wet/dry ratio의 유의적인 증가가 발견되지 않았다.
실시예 4. CLP-유도 패혈증 모델에서 PLD2 결핍과 간 염증과의 관련도 확인
4-1. 조직학적 관찰
패혈증에 의해 유발된 사망은 간을 포함한 중요 장기의 기능 장애와 관련이 있다는 것은 잘 알려진 사실이다(Cohen, J. 2002. The immunopathogenesis of sepsis. Nature. 420:885-891). 이에, 실시예 1-1의 방법에 따라 WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하고, 수술 후 6, 12 또는 24시간 뒤 마우스를 안락사 시키고, 간을 고정하고 절단하여 형태학적 분석을 위해 헤마톡시린 (hematoxylin)과 에오신 (eosin)으로 염색을 하였다. 그 결과, 도 3A에 나타낸 바와 같이, CLP는 WT 마우스에서 뚜렷한 간 염증을 일으킴을 확인할 수 있었다. 특히, 간 손상은 시간-의존적으로 CLP 후 24시간째에 심각한 손상이 발생함을 확인할 수 있었다. 하지만, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 경우에는 CLP가 유도하는 간 염증이 현저히 약화되었음을 확인할 수 있었다.
4-2. AST 수준 측정
높은 plasma AST(aspartate aminotransferase) 수준은 간 손상의 마커이다(Futter, L.E., O.A. al-Swayeh, and P.K. Moore. 2001. A comparison of the effect of nitroparacetamol and paracetamol on liver injury. Br. J. Pharmacol. 132:10-12. ). 이에, WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하고, 표준 실험실 기술(standard laboratory technique)에 따라 시판되는 키트(Sigma-Aldrich, St. Lois, MO)를 사용하여 시간에 따른 AST 수준을 측정하였다. 그 결과, 도 3B에 나타낸 바와 같이, PLD2 넉아웃(KO) 마우스와 비교할 때, WT 마우스의 경우 12시간 및 24시간 후 plasma AST 수준이 상당히 증가했음을 확인할 수 있었다.
실시예 5. PLD2 결핍에 따른 염증성 사이토카인/케모카인 생산 증감 확인
5-1. CLP로 유발된 염증성 사이토카인/케모카인 생산 증감 확인
실시예 1-1의 방법에 따라 WT(wild type) 마우스 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하였다. 수술 후 24시간 뒤에 복막세척액(peritoneal lavage fluid)을 수집하고, ELISA (e-Bioscience, San Diego, CA)에 의해 복막액에서의 사이토카인 및 케모카인의 발현을 측정하였다. 그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, CLP 수술은 WT 마우스의 복막 삼출물(peritoneal exudate)에서 초기 24시간 동안 사이토카인(TNF-α, IL-1β, IFN-γ, IL-17, IL-23)과 케모카인(CXCL1)을 현저히 증가시킨 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 복막 삼출물(peritoneal exudate)에서는 이러한 염증유발 (proinflammatory) 사이토카인 및 케모카인의 수준이 현저히 감소됨을 확인할 수 있었다.
5-2. LPS로 유발된 염증성 사이토카인/케모카인 생산 증감 확인
WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 비장세포(3 × 106 cells/0.3 ml)를 96-well 플레이트에서 5% FBS(fetal bovine serum)를 포함하는 RPMI 1640 배지로 배양시켰으며 37℃에서 5% CO2 인큐베이터에 위치시켰다. 그리고 나서, 비장세포를 24시간 동안 LPS (1 μg/ml)와 함께 배양시키고, ELISA (e-Bioscience, San Diego, CA)에 의해 비장세포에서의 사이토카인 및 케모카인의 발현을 측정하였다. 그 결과, 도 5A에 나타낸 바와 같이, LPS로 처리한 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서의 비장세포의 경우, WT와 비교할 때 24시간에서 TNF-α, IL-6 및 IL-1β 분비가 상당히 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, WT 마우스에 비교하여 LPS로 자극한 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 비장세포에서의 CCL2, CCL5 및 CXCL1 분비도 상당히 감소됨을 확인할 수 있었다.
추가적으로, 사이토카인 및 케모카인 생산에서의 PLD2 억제제의 효과도 시험하기 위해, 24시간 동안 LPS (1 μg/ml)와 함께 추가 배양하기 전에, WT 마우스로부터 분리된 비장세포를 비히클(vehicle)(PBS 내 0.5% Tween 80) 또는 PLD2 억제제(CAY10594)(10μM)와 함께 30분 동안 배양하였다. 세포가 없는 상층액을 수집하여 원심분리하였으며, 제조자의 지시에 따른 ELISA (e-Bioscience, San Diego, CA)에 의해 각 사이토카인 및 케모카인을 측정하였다. 그 결과, 도 5B에 나타낸 바와 같이, LPS 및 PLD2 억제제로 처리한 WT 마우스의 비장세포는 비히클을 처리한 대조군과 비교할 때 TNF-α, IL-6, IL-1β, CCL5, 및 CXCL1 분비가 상당히 감소됨을 확인할 수 있었다.
실시예 6. PLD2 결핍에 따른 세포사멸 억제 확인
면역세포의 세포사멸은 패혈증으로 인한 사망률과 관련이 있다(Cohen, J. 2002. The immunopathogenesis of sepsis. Nature. 420:885-891). 이에, PLD2 결핍과 면역세포의 세포사멸과의 관련성을 확인하기 위해 하기와 같이 실험을 수행하였다.
6-1. TUNEL 분석
실시예 1-1의 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시하였다. 수술 후 24시간 뒤에 안락사 시키고, 비장(spleen), 흉선(thymi), 신장(kidney) 및 간(liver)을 분리하였다. TUNEL 분석은 standard histological protocol을 사용하여 동결 조직 절편에서 수행되었다. 즉, 절편은 4℃에서 2분 동안 Triton X-100으로 투과시키고 TUNEL 시약에 37℃에서 60분 동안 침지시켰다. 사멸된 세포(TUNEL 양성 세포)의 퍼센트는 광학현미경을 이용하여 500 총 세포의 카운팅에 의해 결정하였다.
흉선과 비장의 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, CLP 수술은 비장과 흉선에서 림프구의 세포사멸을 강하게 유도함을 확인할 수 있었다. 또한, TUNEL 양성 세포의 비율은 CLP 수술한 WT 마우스와 비교할 때, CLP 수술한 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 현저히 감소함을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, PLD2 결핍은 비장 및 흉선에서 림프구의 세포사멸을 현저히 약화시키고, 이로 인해 패혈증으로 유도되는 사망을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 신장의 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이, CLP 수술은 WT 마우스에서 피질(cortex) 및 수질(medulla)에서 신세포(renal cell) 세포사멸을 현저히 유도한 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 신장에서는 신세포(renal cell) 세포사멸이 유의적으로 감소함을 확인할 수 있었다.
뿐만 아니라, 간의 경우도, 도 7에 나타낸 바와 같이, PLD2 넉아웃(KO) 마우스와 비교할 때, WT 마우스의 간에서 사멸세포가 현저히 증가함을 확인할 수 있었다.
6-2. 유세포 분석
실시예 1-1의 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시하였다. 수술 후 24시간 뒤에 안락사 시키고, 비장을 분리하였다. 비장세포의 세포사멸은 Annexin-V/7AAD-positive staining에 의해 결정되었다. Annexin-V/7AAD co-staining은 Beckman Coulter의 Annexin-V-FITC/7AAD 키트를 사용하여 수행되었고, FACS canto II flow cytometer (BD Biosciences, San Jose, CA)에서 분석되었다.
그 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, CLP는 WT 마우스에서 annexin V+/7AAD+ 세포의 population을 증가시킨 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서는 annexin V+/7AAD+ 세포의 population이 현저히 감소됨을 확인할 수 있었다.
상기 결과들로부터, PLD2 넉아웃(KO) 마우스와 비교할 때, WT 마우스에서 중요 장기 손상이 더 심각하며, PLD2가 패혈증 사망에 pathogenic contributor임을 알 수 있었다.
실시예 7. PLD2 결핍에 따른 살균활성 확인
7-1. 세균집락수(bacterial colony count) 증감 확인
패혈증으로 인한 사망은 복막액과 말초혈액에서 세균집락수(bacterial colony count)와 관련이 있다(Xiao, H., J. Siddiqui, and D.G. Remick. 2006. Mechanisms of mortality in early and late sepsis. Infect. Immun. 74:5227-2235.). 이에, WT 및 PLD2 넉아웃(KO) CLP 마우스에서 PLD2 결핍에 따른 세균 제거(bacterial clearance) 효과를 확인하기 위해 하기와 같이 실험을 실시하였다.
실시예 1-1의 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시하였다. 수술 후 24시간 뒤에, 복막세척액 (peritoneal lavage fluid), 말초혈액 및 기관지 폐포세척액(bronchoalveolar lavage fluid, BALF)을 수집하고, 37℃, blood-agar base plates(Trypticase Soy Agar Deeps; Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, USA)에서 하룻밤 배양하였다. 폐, 간 및 비장 또한 분리하여, 각 조직의 10 mg을 700 μL의 PBS 중에서 균질화 하였다. 그리고 나서, 50 μL의 조직 호모게네이트(tissue homogenate)를 37℃, blood-agar plates에서 하룻밤 배양하였다. CFUs(Colony forming units)는 이전의 연구(Kim, S.D., H.Y. Lee, J.W. Shim, H.J. Kim, Y.H. Yoo, J.S. Park, S.H. Baek, B.A. Zabel, and Y.S. Bae. 2011. Activation of CXCR2 by extracellular matrix degradation product acetylated Pro-Gly-Pro has therapeutic effects against sepsis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 184:243-251. )에 기재된 바에 따라 결정하였다.
그 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, WT 마우스와 비교할 때, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 복막세척액에서 CLP 후 24시간에 약 60%까지 세균집락수가 유의하게 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한, 말초혈액 및 기관지 폐포세척액(bronchoalveolar lavage fluid, BALF)에서도 WT 마우스에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 세균집락수가 현저히 감소하였다.
뿐만 아니라, 복강 내로 침투된 세균은 결국 순환을 통해 폐 조직으로 침투하고, 그 결과 폐 염증을 일으키는데(Matute-Bello, G., C.W. Frevert, O. Kajikawa, S.J. Skerrett, R.B. Goodman, D.R. Park, and T.R. Martin. 2001. Septic shock and acute lung injury in rabbits with peritonitis: failure of the neutrophil response to localized infection. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 163:234-243. ), 도 9에 나타낸 바와 같이, 폐, 간 및 비장 조직에서의 세균집락수 또한 WT 마우스에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 현저히 감소함을 확인할 수 있었다.
7-2. 세포외 트랩(extracellular trap, NET) 형성 확인
최근, 호중구가 침입한 세균을 가두고 살균하는 세포외 트랩(extracellular trap, NET)을 생성한다는 것이 보고되어 있다(Cohen, V., U. Reichard, C. Goosmann, B. Fauler, Y. Uhlemann, D.S. Weiss, Y. Weinrauch, and A. Zychlinsky. 2004. Neutrophil extracellular traps kill bacteria. Science. 303:1532-1535.). 이에, NET 형성에서 PLD2 결핍의 효과를 조사하기 위해, 하기와 같이 실험을 실시하였다.
WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 호중구를 분리하였다. 보다 구체적으로, HBSS-EDTA 용매를 사용하여 대퇴골과 경골로부터 골수세포를 분리하였다. 세포 현탁액을 10분 동안 400g에서 원심분리한 후, 재현탁된 세포를 52%, 69%, 78% Percoll gradient 상에 로딩시키고, 1500g에서 브레이킹 없이 30분간 원심분리하였다. 세포를 69% / 78% interface layer 상에서 분리하고, hypotonic lysis에 의해 RBCs를 제거하였다. 분리된 세포는 유세포 분석기에 의해 95% 이상이 Ly6G-positive였다. 분리된 호중구(1 × 105cells)를 24-well 플레이트의 0.001% poly-lysine이 코팅된 12mm 커버슬립에 시딩하고, 5μM의 이오노마이신(ionomycin)으로 자극을 주었다. 이후 세포를 4% 파라포름알데하이드로 고정시킨 후, SYTOX Green 핵산 염색(5 μM)으로 염색을 하였다. NET는 Zeiss Axiovert 형광 현미경 (Zeiss, Oberkochen, Germany)을 통해 시각화되었고, Nikon Digital camera를 사용하여 이미지를 얻었다.
그 결과, 도 10A에 나타낸 바와 같이, 이오노마이신(ionomycin)으로 자극된 WT 마우스에서 분리된 호중구가 NET 형성을 유도하였는데, PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 이오노마이신(ionomycin)-자극 호중구에서 NET 형성이 유의하게 증가함을 확인할 수 있었다. 한편, 이오노마이신(ionomycin) 자극이 없는 NET 형성은 WT 마우스에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 호중구에서 약간 증가하였다.
추가적으로, PLD2 억제제를 처리한 경우의 NET 형성 증감도 확인하기 위해, WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle)(PBS 내 0.5% Tween 80) 또는 PLD2 억제제(CAY10594)(10μM)와 함께 배양한 후, 5μM의 이오노마이신(ionomycin)으로 자극을 주었다.
그 결과, 도 10B에 나타낸 바와 같이, WT 마우스의 호중구에서 이오노마이신(ionomycin) 자극으로 인한 NET 형성은 PLD2 억제제의 처리에 의해서도 증가됨을 확인할 수 있었다.
7-3. 히스톤 3 시트룰린화(histone 3 citrullination) 수준 확인
히스톤의 시트룰린화(Citrullination)는 NET 형성과 관련되어 있다(Wang, Y., M. Li, S. Stadler, S. Correll, P. Li, D. Wang, R. Hayama, L. Leonelli, H. Han, S.A. Grigoryev, C.D. Allis, and S.A. Coonrod. 2009. Histone hypercitrullination mediates chromatin decondensation and neutrophil extracellular trap formation. J. Cell Biol. 184:205-213.). 이에, PLD2 결핍에 따른 시스툴린화된 히스톤 3 수준을 확인하였다.
먼저, 상기 실시예 7-2의 방법과 동일하게 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 호중구를 분리하고 이오노마이신(ionomycin) 자극을 준 후, 각 호중구에서 시트룰린화된 히스톤 3의 수준을 측정하였다. 그 결과 도 11에 나타낸 바와 같이, WT 마우스와 비교할 때, PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 호중구에서 시트룰린화된 히스톤 3의 수준은 현저히 증가함을 확인할 수 있었다. 보다 구체적으로, PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리되어 이오노마이신(ionomycin) 자극을 준 호중구의 경우가, PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리되어 이오노마이신(ionomycin) 자극을 주지 않은 호중구 또는 WT 마우스로부터 분리되어 이오노마이신(ionomycin) 자극을 준 호중구의 경우보다 시트룰린화된 히스톤 3의 수준은 현저히 증가됨을 확인할 수 있었다.
다음으로, 실시예 1-1의 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시하였다. 수술 후 24시간 뒤에, 복막액을 수집하고, 클로로포름 1 볼륨(volume) 및 메탄올 4 볼륨을 첨가하여 상층액에서 분비 단백질을 침전시켰다. 액체 계면에서 단백질을 수득하고, speed-Vac를 사용하여 건조시켰다. 그리고 나서, SDS-PAGE에 의해 단백질을 분리하고, polyvinylidene difluoride membrane (Millipore)에 이동시켰다. citrullinate된 히스톤 3의 수준은 anti-histone H3 (citrulline R2 + R8 + R17) 항체 (Abcam 5103)를 사용하여 측정하였다. 그 결과 도 12에 나타낸 바와 같이, WT 마우스와 비교할 때, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 복막 삼출물(peritoneal exudate)에서의 히스톤 3 시트룰린화 수준이 CLP 후 현저히 증가함을 확인할 수 있었다.
다음으로, 실시예 1-1의 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 sham 또는 CLP 수술을 실시한 후 2시간 뒤에 안락사 시켰다. 분리된 폐를 OCT compound에 포매시키고, 메탄올을 사용하여 -20℃에서 10분간 폐 절편들을 고정시켰다. blocking 용액(PBS with 10% normal goat serum, 0.01% Triton X-100)을 사용하여 상온에서 1시간 동안 각 폐 절편을 blocking 시킨 후, rat anti-NIMP-R14 및 rabbit anti-citrullinated histone H3 (citH3, Abcam)을 사용하여 호중구 및 citrullinate된 히스톤 3을 검출하였다. 이때, Anti-rat IgG AF594 및 anti-rabbit IgG AF 488 (Invitrogen)는 이차항체로 사용하였다. DNA는 DAPI (Santa Cruz)로 염색하고, 유리 슬라이드 상에 위치시켰다. 세포들은 Zeiss LSM 500을 사용하여 시각화하였다. 그 결과, 도 13에 나타낸 바와 같이, 시트룰린화된 히스톤 3 및 NET 형성은 WT 마우스에 비해 CLP-처리한 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 폐 호중구에서 현저히 증가함을 확인할 수 있었다.
7-4. PAD4(peptidylarginine deiminase 4) 활성 확인
펩티딜아르기닌 데이미나제 4(peptidylarginine deiminase 4, PAD4)는 히스톤 3 시트룰린화를 촉진한다(Li, P., M. Li, M.R. Lindberg, M.J. Kennett, N. Xiong, and Y. Wang. 2010. PAD4 is essential for antibacterial innate immunity mediated by neutrophil extracellular traps. J. Exp. Med. 207:1853-1862.). 상기 실시예 7-3을 통해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 분리된 호중구에서 히스톤 3 시트룰린화가 상향조절되는 것을 확인하였는바, 해당 호중구에서의 PAD 활성을 측정하였다.
PAD 활성은 BAEE (N-α-Benzoyl-L-arginine ethyl ester hydrochloride)의 PAD 촉매화된 시트룰린화(citrullination)에 의해 발생된 시트룰린(citrulline)의 비색 측정법에 의해 측정하였다. 보다 구체적으로, 10 μg의 세포 용해물 또는 폐 추출물을 55℃에서 5 mM의 BAEE를 첨가하여 반응시키고, 25 μl 5M HClO4를 추가로 첨가하고 30분 후에 반응을 정지시켰다. 그리고 나서, 상층액을 시약 A(0.5% w/v diacetyl monoxime 및 15% w/v NaCl in water) 및 시약 B (1% w/v antipyrine, 0.15% w/v ferric chloride, 25% v/v H2SO4 및 25% v/v H3PO4)과 혼합하여 시트룰린에 대해 분석을 실시하였다. 혼합물을 10분간 가열한 후, 얼음에서 냉각시키고, 464nm에서 혼합물의 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 도 14에 나타낸 바와 같이, WT와 비교할 때, PAD 활성은 PLD2 넉아웃(KO) 호중구에서 유의하게 증가함을 확인할 수 있었다(도 14A). 또한, WT와 비교할 때, 증가된 PAD 활성은 sham PLD2 넉아웃(KO) 마우스뿐만 아니라, CLP 후 2시간 뒤의 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 폐 조직에서 존재하였다(도 14B).
7-5. 세포내 칼슘 동원(intracellular calcium mobilization) 확인
세포내 칼슘 이온은 PAD4 활성에 요구되고, 이는 히스톤 3 시트룰린화 및 NET 형성을 일으킨다(Rohrbach, A.S., D.J. Slade, P.R. Thompson, and K.A. Mowen. 2012. Activation of PAD4 in NET formation. Front. Immunol. 3:360.). 상기 실시예 7-2 및 7-3을 통해, 이오노마이신(ionomycin)은 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 호중구에서 증가된 NET 형성 및 히스톤 3 시트룰린화를 유발하는 것을 확인하였는바, 해당 호중구에서 이오노마이신(ionomycin)-유도 세포내 칼슘 동원(ionomycin-induced intracellular calcium mobilization)을 확인하였다.
세포내 칼슘농도([Ca2+]i)는 이전 연구(Grynkiewicz, G., M. Poenie, and R.Y. Tsien. 1985. A new generation of Ca2+ indicators with greatly improved fluorescence properties. J. Biol. Chem. 260:3440-3450.)에 기재된 Fura-2/AM을 사용한 Grynkiewicz's method에 따라 측정하였다. 즉, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 분리된 마우스 호중구를 지속적으로 저어가면서 37℃, 50분 동안 3 μM Fura-2/AM로 배양하였다. 그리고 나서, 각 분석을 위해 세포를 적출(aliquot)하였다(2×106 cells/1 ml of Locke's solution containing 154 mM NaCl, 5.6 mM KCl, 1.2 mM MgCl2, 5 mM HEPES [pH 7.3], 10 mM glucose, and 2 mM CaCl2). 이후, 세포를 5μM의 이오노마이신(ionomycin)으로 자극을 주었다. 한편, PLD2 억제제를 처리한 경우도 확인하기 위해, WT 마우스에서 적출한 세포는 이오노마이신(ionomycin) 자극 전 비히클(vehicle)(PBS 내 0.5% Tween 80) 또는 PLD2 억제제(CAY10594)(10μM)와 함께 배양하였다. 340 nm 및 380 nm의 여기 파장(excitation wavelength)을 사용하여, 500 nm의 방사 파장(emission wavelength)에서의 형광변화를 RF-5301PC spectrofluorophotometer (Shimadzu Instruments Inc., Kyoto, Japan)를 사용하여 측정하였다. [Ca2+]i 증가는 340 내지 380 nm의 여기 효율의 형광비(fluorescence ratio)의 증가를 일으키고, [Ca2+]i는 Grynkiewicz et al (Grynkiewicz et al., 1985)의 수학식 5에 따른 형광비를 사용하여 계산되었다.
그 결과, 도 15에 나타낸 바와 같이, WT와 비교할 때, 이오노마이신(ionomycin)-자극 칼슘 흐름(flux)은 PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 호중구에서 증가됨을 확인할 수 있었다. 또한, PLD2 억제제는 WT 호중구에서 이오노마이신(ionomycin)-유도 세포내 칼슘 동원을 향상시켰다.
상기 결과들로부터, PLD2 결핍은 호중구에서 활성-의존(activation-dependent)하는 칼슘 신호 전달을 향상시키고, 칼슘-의존 PAD 효소 활성을 증가시킴으로써, 호중구에서 히스톤 3 시트룰린화 및 NET 형성을 일으킨다는 것을 알 수 있었다.
실시예 8. PLD2 결핍에 따른 호중구 보충(neutrophil recruitment) 유도 확인
8-1. 백혈구 평가
폐 염증은 패혈증 내 살아있는 세균에 의해 발생될 수 있다. CLP 수술로부터 방출된(released) 살아있는 세균은 혈류를 타고 들어가 폐 내로 이동하고, 그 다음으로 기도로 들어간다(Xiao, H., J. Siddiqui, and D.G. Remick. 2006. Mechanisms of mortality in early and late sepsis. Infect. Immun. 74:5227-2235.). 이에, CLP 마우스의 기관지 폐포세척액(BALF)에서 백혈구를 평가하기 위해 하기와 같이 실험을 실시하였다.
실시예 1-1 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하고, 수술 후 6, 12 또는 24시간 뒤에 안락사 시켰다. BALF를 얻기 위해, 방혈(exsanguination) 후 기관(trachea)에 캐뉼러를 삽입하고, 기도를 900 μl의 PBS로 세척하였다. BALF 샘플을 원심분리(300g, 10 min)하여 세포를 분리하였다. 폐로부터의 총 세포를 anti-CD11b (M1/70) 항체로 염색을 하였다. 호중구 또는 대식세포는 각각 anti-Ly-6G (1A8) 또는 anti-Ly6C (HK 1.4)로 염색을 하였다. 세포는 FACS canto II flow cytometer에 의해 판독하였고, 데이터는 FlowJo 7.6.5.에 의해 분석하였다. 그 결과, 도 16에 나타낸 바와 같이, WT와 비교하여 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 BALF 백혈구의 총 수가 현저히 높음을 확인할 수 있었다(도 16A). 또한, 호중구는 CLP 후의 WT에 비해, PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 호흡기(respiratory track) 내로 강하게 보충되었다. 한편, CLP 후 WT 및 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 간의 BALF 단핵구 수는 차이가 없었다(도 16B).
8-2. 호중구에서 CXCR2 수준 평가
이전 연구에서, 정상인에 비해 패혈증 환자에서의 호중구 상에서 CXCR2의 표면 발현이 감소되며(Cummings, C.J., T.R Martin, C.W. Frevert, J.M. Quan, V.A. Wong, S.M. Mongovin, T.R. Hagen, K.P. Steinberg, and R.B. Goodman. 1999. Expression and function of the chemokine receptors CXCR1 and CXCR2 in sepsis. J. Immunol.162:2341-2346.), CXCR2의 발현 수준은 관심영역(event area)으로의 호중구의 보충을 조절하는데 주요 인자(Alves-Filho, J.C., F. Sㆄnego, F.O. Souto, A. Freitas, W.A. Verri Jr, M. Auxiliadora-Martins, A. Basile-Filho, A.N. McKenzie, D. Xu , F.Q. Cunha, and F.Y. Liew. 2010. Interleukin-33 attenuates sepsis by enhancing neutrophil influx to the site of infection. Nat. Med. 16:708-712.)임이 보고되었다. 이에, 유세포 분석을 통하여 CLP-수술한 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스로부터 분리된 호중구에서의 CXCR2의 발현 수준을 확인하였다.
먼저, 실시예 1-1 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하였고, 수술 후 6시간 뒤에 안락사 시켰다. BALF로부터 세포를 수집하고 다음의 항체로 염색을 실시하고 유세포 분석기로 분석을 하였다: eBioscience (San Diego, CA)로부터 구입한 CD11b (M1/70)와 Ly-6G (1A8), 및 biolegend (San Jose, CA)로부터 구입한 CXCR2 (TG11/CXCR2). 그 결과, 도 17A에 나타낸 바와 같이, WT 마우스와 비교할 때, PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서의 호중구에서 CXCR2의 발현 수준이 현저히 높음을 확인할 수 있었다.
다음으로, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 호중구를 분리하고, 세포를 1시간동안 1 μg/ml의 LPS로 자극을 준 후, 염색을 하고 유세포 분석기로 분석을 하였다. 그 결과, 도 17B에 나타낸 바와 같이, WT 호중구에서 CXCR2의 표면 발현 수준은 LPS 자극에 의해 유의하게 감소함을 확인할 수 있었다. 또한, 도 17C에 나타낸 바와 같이, CXCL2에 의한 CXCR2-매개 호중구 주화성(chemotaxis)은 WT 마우스의 경우 LPS 자극에 의해 약화된 반면, 이러한 LPS-유도 억제 효과는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서는 반대의 결과를 나타내었다. 한편, WT 호중구에서 LPS-유도 CXCR2의 하향조절은 PLD2 억제제를 처리하는 경우 회복됨을 확인할 수 있었다(도 17D).
8-3. 호중구에서 GRK2 수준 평가
표면 발현된 CXCR2가 인산화-의존적으로 하향조절되고, GRK2는 CXCR2를 인산화하는 것으로 보고되었다(Angus, D.C., W.T. Linde-Zwirble, J. Lidicker, G. Clermont, J. Carcillo, and M.R. Pinsky. 2001. Epidemiology of severe sepsis in the United States: analysis of incidence, outcome, and associated costs of care. Crit. Care. Med. 29:1303-1310). 이에, LPS에 의해 유도된 GRK2의 발현에서의 PLD2 결핍의 효과를 확인하였다.
먼저, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 호중구를 분리하고, 세포를 1시간동안 1 μg/ml의 LPS로 자극을 준 후, 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 GRK2 수준을 확인하였다. 그 결과, 도 18A에 나타낸 바와 같이, WT 마우스의 호중구를 LPS로 자극하는 경우 GRK2의 상향조절이 일어나는 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스에서 분리된 호중구를 LPS로 자극하는 경우에는 이러한 GRK2 상향조절이 현저히 약화됨을 확인할 수 있었다.
다음으로, WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 LPS (1 μg/ml)와 함께 배양하기 전에, 비히클(vehicle)(PBS 내 0.5% Tween 80) 또는 PLD2 억제제(CAY10594)(10μM)와 함께 배양한 후, 웨스턴 블롯 분석을 이용하여 GRK2 수준을 확인하였다. 그 결과, 도 18B에 나타낸 바와 같이, LPS로 유도되는 GRK2의 상향조절을 차단함을 확인할 수 있었다.
상기 결과들로부터, PLD2는 마우스 호중구에서 GRK2의 발현을 조절함으로써 CXCR2의 표면발현을 조절하는데 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.
8-4. LPS-유도 GRK2 발현의 신호전달 경로 확인
세포내 신호전달 경로의 저해제(BAY11-7082)를 사용하여 LPS로 유도되는 GRK2 발현조절을 웨스턴 블롯 분석으로 확인하였다. 그 결과, 도 19에 나타낸 바와 같이, LPS-유도 GRK2 발현은 IκBα 억제제 BAY11-7082에 의해 완전히 억제됨을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, LPS-유도 GRK2 발현이 NF-κB-의존적 과정임을 알 수 있었다.
상기 신호전달 경로를 검증하기 위해, 추가적으로, WT 마우스 골수로부터 분리한 호중구를 비히클(vehicle) 또는 BAY11-7082로 처리하고, LPS (1 μg/ml)와 함께 배양한 후, CXCR2의 발현 수준을 확인하였다. 그 결과, 도 20에 나타낸 바와 같이, LPS로 인해 유도된 CXCR2 하향조절은 BAY11-7082에 의해 유의하게 약화된 것을 확인할 수 있었다(도 20A). 또한, BAY11-7082 처리는 부분적이지만 유의하게 LPS 자극으로 인한 호중구의 CXCL2-유도 주화성 이동(chemotactic migration)도 회복하였다(도 20B).
또한, 실시예 1-1 방법에 따라 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스에 CLP 수술을 실시하였고, CXCR2 길항제 SB225002를 처리한 후, 시간에 따른 생존율 변화를 확인하였다. 그 결과, 도 21에 나타낸 바와 같이, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 경우, PLD2 결핍으로 인하여 유지되었던 생존율이 CXCR2 길항제 SB225002 처리에 의해 더 이상 유지되지 못하고 모든 마우스가 사망한 것을 확인할 수 있었다.
상기 결과들로부터, PLD2, 보다 구체적으로는, PLD2 활성은 패혈증의 병적 진행(pathological progression)에 관여하고, 이에 PLD2 결핍은 CLP-유도 또는 S. aureus-매개 패혈증에서 사망률을 유의적으로 줄인다는 것을 알 수 있었다.
8-5. 호중구에서 p65 핵내 이동(nuclear translocation) 평가
NF-κB의 활성은 p65 핵내 이동(nuclear translocation)과 관련이 있다(Maguire, O., C. Collins, K. O'Loughlin, J. Miecznikowski, and H. Minderman. 2011. Quantifying nuclear p65 as a parameter for NF-κB activation: Correlation between ImageStream cytometry, microscopy, and Western blot. Cytometry A. 79:461-469.).
이에, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 골수로부터 호중구를 분리하고, 세포를 LPS로 자극을 준 후, p65 전위를 측정하였다. 보다 구체적으로, 초원심세포분획(subcellular fractionation)을 위해, subcellular Protein Fraction Kit (Thermo, cat. 78840)를 사용하였다. CEB(cytoplasmic extraction buffer)에 이어서 NEB(nuclear extraction buffer)를 사용하여 세포 구획(Cellular compartment)을 지속적으로 추출하였다. SDS-PAGE에 의해 단백질을 분리하고 니트로셀룰로오스 멤브레인(nitrocellulose membranes) 상에 이동시켰다. p65, α-tubulin 및 lamin B의 수준은 각 단백질에 대한 항체를 사용하여 탐지하였다. 그 결과, 도 22에 나타낸 바와 같이, WT 마우스에서 분리한 호중구를 LPS로 자극한 경우, p65 핵내 이동(nuclear translocation)이 유도된 반면, PLD2 넉아웃(KO) 마우스의 호중구의 경우에는 이러한 p65 핵내 이동이 현저히 약화됨을 확인할 수 있었다. 상기 결과로부터, PLD2가 마우스의 호중구에서 LPS에 의한 NF-κB(GRK2 발현의 주요 전사인자)의 활성에 필요하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 9. PLD2 결핍으로 인한 패혈증-유도 사망률 감소에서 호중구의 역할 확인
PLD2 결핍이 패혈증으로 인해 유도되는 치사율을 현저히 약화시키기 때문에, 호중구가 제한된(neutrophil-restricted) 상황에서도 PLD2가 여전히 병원성 효과(pathogenic effect)를 구현하는지를 확인하기 위해 하기와 같이 실험을 실시하였다.
9-1. 호중구 양자 전이(adoptive transfer)
호중구의 양자 전이를 위해, CLP 수술 2시간 및 24시간 전에 레시피언트 WT(recipient wild type) 마우스에 500μg의 αLy6G antibody(1A8: BioXCell)를 주사투여하였다. 호중구 제거(depletion)는 anti-CD11b 및 anti-Ly-6G로 말초혈액 호중구를 염색한 후, 유세포 분석기에 의해 평가하였고, >99% 레시피언트 호중구가 제거됨을 확인하였다.
호중구가 제거된 레시피언트 WT(recipient wild type) 마우스에 CLP 수술 실시한 후, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 골수에서 분리된 호중구(2×106)를 WT 레시피언트 마우스에 정맥주사하였다. 한편, in vivo trafficking 실험을 위해, WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) BALF에서의 호중구를 CFSE (green; 5μM. Invitrogen)로 표지하고, 37℃에서 15분 동안 배양한 후, WT 레시피언트 마우스에 정맥주사하였다.
9-2. 세균집락수 비교
상기 실시예 9-1을 통해 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스의 복막액에서 세균집락수를 실시예 7-1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 비교하였다. 그 결과, 도 23에 나타낸 바와 같이, 복막액에서 세균집락수는, WT 마우스 호중구를 받은 레시피언트 마우스와 비교할 때, PLD2 넉아웃(KO) 호중구를 받은 레시피언트 마우스에서 현저히 감소됨을 확인할 수 있었다.
9-3. 세포사멸 비교
상기 실시예 9-1을 통해 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스의 폐 염증도 및 비장세포의 세포사멸 정도를 실시예 6-1에 기재된 TUNEL 분석 방법을 이용하여 비교하였다. 그 결과, 도 24에 나타낸 바와 같이, 폐 염증정도 및 비장세포의 세포사멸은 WT 마우스 호중구에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 호중구를 받은 CLP-레시피언트 마우스에서 유의하게 감소됨을 확인할 수 있었다.
9-4. 염증성 사이토카인/케모카인 생산 증감 비교
상기 실시예 9-1을 통해 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스의 염증성 사이토카인/케모카인 생산 변화를 실시예 5에 기재된 방법을 사용하여 비교하였다. 그 결과, 도 25에 나타낸 바와 같이, 복막액 및 BALF 내 염증유발 사이토카인(TNF-α, IL-6, IL-1β) 및 염증성 케모카인(CCL2, CCL5, CXCL1)의 수준은 WT 마우스 호중구에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 호중구를 받은 CLP-레시피언트 마우스에서 유의하게 감소됨을 확인할 수 있었다.
9-5. 호중구 보충
상기 실시예 8에서, WT 마우스와 비교할 때, 기도-침투 호중구의 총 수가 PLD2 넉아웃(KO) CLP 마우스에서 현저히 높기 때문에, 호중구가 제한된 상황에서의 PLD2 결핍이 이러한 표현형을 만드는지를 확인하였다.
이를 위해, 상기 실시예 9-1을 통해 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스에서 호중구의 In vivo trafficking 능력을 유세포 분석기를 통해 측정하였다. 그 결과, 도 26에 나타낸 바와 같이, WT 마우스 호중구에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 호중구를 받은 CLP-레시피언트 마우스에서의 호중구가 기도 내로 더 효과적으로 보충됨을 확인할 수 있었다.
9-6. 생존율 변화
상기 실시예 9-1을 통해 WT 또는 PLD2 넉아웃(KO) 마우스(donor)의 CFSE가 표지된 호중구가 양자 전이된 각각의 WT 레시피언트 마우스를 실시예 1-1의 방법에 따라 CLP 수술을 실시한 후, 시간에 따른 생존율 변화를 비교하였다. 그 결과, 도 27에 나타낸 바와 같이, WT 마우스 호중구에 비해 PLD2 넉아웃(KO) 마우스 호중구를 받은 CLP-레시피언트 마우스에서 생존율이 높음을 확인할 수 있었다.
상기 결과들로부터, PLD2 결핍으로 패혈증으로 유도되는 사망이 감소하는 것은 호중구에 의해 매개된다는 것을 알 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (11)
- 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는, 패혈증 또는 패혈성 쇼크 예방 또는 치료용 약학적 조성물로서, 상기 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 N-[2-(4-옥소-1-페닐-1,3,8-트리아자스피로[4,5]데칸-8-일)에틸]-2-나프탈렌카르복사미드(N-[2-(4-oxo-1-phenyl-1,3,8-triazaspiro[4,5]decan-8-yl)ethyl]-2-naphthalenecarboxamide)인 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 살균 활성(bactericidal activity)을 갖는 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 조성물은 호중구에서 펩티딜아르기닌 데이미나제 4(peptidylarginine deiminase 4, PAD4) 활성을 증강시키는 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 염증성 사이토카인의 생산을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 염증성 사이토카은 TNF-α, IL-1β, IFN-γ, IL-17 및 IL-23으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 림프구의 세포사멸(apoptosis)을 저해하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제를 유효성분으로 포함하는, 패혈증 또는 패혈성 쇼크 개선용 건강기능 식품 조성물로서, 상기 포스포리파제 D2 (PLD2) 억제제는 N-[2-(4-옥소-1-페닐-1,3,8-트리아자스피로[4,5]데칸-8-일)에틸]-2-나프탈렌카르복사미드(N-[2-(4-oxo-1-phenyl-1,3,8-triazaspiro[4,5]decan-8-yl)ethyl]-2-naphthalenecarboxamide)인 것을 특징으로 하는, 조성물.
- 삭제
- 삭제
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WO2021246755A1 (ko) * | 2020-06-03 | 2021-12-09 | 성균관대학교산학협력단 | 포스포리파아제 d2 억제제를 포함하는 대사성 질환의 예방, 개선 또는 치료용 조성물 |
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