KR102538055B1 - 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포를 이용한 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 맹장 결찰 및 천자 (CLP)가 유도된 패혈증 동물모델로부터 분리된 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 흉선 면역세포를 사멸시켜 흉선 위축증을 유발하고, LPS 자극 시 복강 유래 대식세포와 비교하여 TNF-α, IL-6 및 MCP-1을 과량 분비하는 반면, LPS 염증반응을 억제하는 IL-10 분비를 감소시켜 사이토카인 폭풍을 유발시키는 것을 확인함에 따라, 상기 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성을 조절할 수 있는 후보물질은 사이토카인 폭풍 조절제로 제공될 수 있으므로, 상기 MDSC 유사 세포를 이용한 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법을 제공하고자 한다.

Description

사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법{Method for screening cytokine storm regulator}
본 발명은 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포를 이용한 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법에 관한 것이다.
사이토카인 폭풍 (cytokine storm)은 외부에서 침투한 바이러스에 대항하기 위해 인체 내에서 면역작용이 과도하게 이뤄지면서 정상 세포까지 공격하는 현상을 말한다. 즉, 면역물질인 사이토카인의 과다 분비로 정상 세포들의 DNA가 변형되면서 2차 감염 증상이 일어나는 반응으로, 사이토카인 폭풍은 과거 스페인 독감, 조류 독감 등이 유행할 때 높은 사망률의 주된 원인으로 지목되었다.
일반적으로 면역체계가 세균과 같은 병원체 감염에 맞서 싸울 때, 감염 부위에서 생성되는 사이토카인의 일종인 케모카인 (Chemokine)이 호중구나 대식세포 같은 면역 세포들을 감염 부위로 모이게 한다. 감염 부위에 상주하는 세포와 추가로 모이는 면역세포들에 의해서 염증성 사이토카인이 다량 분비되는데, 이 염증성 사이토카인 자체도 면역세포들을 자극시켜 더 많은 염증성 사이토카인을 생성하게 유도한다. 이렇게 병원체에 감염된 숙주 체내에서 염증성 사이토카인이 빠른 시간에 증가하는 현상이 마치 폭풍이 일어나는 것 같다고 하여 "사이토카인 폭풍"이라고 부른다.
이러한 사이토카인 폭풍의 발생과 악화는 곧 패혈증 또는 패혈성 쇼크와도 연관성이 있다. 패혈증이 나타난 경우, 체내에서 일어나는 주요 현상이 사이토카인 폭풍이기 때문에 패혈증을 치료하기 위해서 염증성 사이토카인을 조절하려는 시도들이 진행되고 있다.
패혈증(sepsis)은 감염된 미생물에 대항하는 신체의 비정상적인 방어작용에 의해 발생한다. 대식세포의 활성화와 이에 따른 염증관련 인자들의 과도한 생성이 연관되어 있는데, 이로 인해 전신에 심각한 염증 반응이 나타난다. 체온이 38℃ 이상으로 올라가는 발열 증상, 36℃ 이하로 내려가는 저체온증, 분당 24회 이상의 호흡수(빈호흡), 분당 90회 이상의 심박수(빈맥), 혈액 검사상 백혈구 수의 증가 또는 현저한 감소 중 두 가지 이상의 증상을 보이는 경우, 이를 전신성염증반응증후군(systemic inflammatory response syndrome; SIRS)이라 하고, 이러한 전신성염증반응증후군이 미생물의 감염에 의한 것일 때 패혈증이라고 한다. 패혈증은 잠재적으로 패혈증성 쇼크(septic shock)를 유발할 수 있다. 패혈증이 심해지면 신체의 여러 기관(심장, 신장, 간, 뇌, 폐 등)의 기능이 나빠지고 더욱 심해지면 쇼크 상태가 되는 것이다.
이러한 패혈증은 감염 원인균과 숙주의 면역, 염증 그리고 응고계통 사이의 복잡한 상호작용의 결과로 발생하는 것으로 이해되고 있으며, 숙주의 반응 정도와 감염 원인균의 특성 모두 패혈증의 예후에 중대한 영향을 미친다.
패혈증에서 관찰되는 장기부전은 숙주의 감염 원인균에 대한 반응이 부적절한 경우에 발생하며, 만일 숙주의 감염 원인균에대한 반응이 지나치게 증폭된다면 숙주 자체의 장기손상을 유발할 수 있다. 이러한 개념을 바탕으로 숙주의 염증 반응에 주도적인 역할을 수행하는 전염증사이토카인(proinflammatory cytokines)인 TNF-α, IL-1β, IL-6 등에 대한 길항 물질이 패혈증의 치료제로 시도되었으나 대부분 실패하였으며, 기계환기치료, 활성단백질 C(activated protein C) 투여, 글루코코르티코이드 치료 등이 현재 시도되고 있으나 여러 가지 한계점이 지적되고 있다. 따라서 높은 사망률을 보임에도 아직까지 뚜렷한 치료제가 개발되지 않은 패혈증 및 패혈증 쇼크를 예방 또는 치료하기 위한 새로운 치료제 개발에 대한 필요성이 요구되고 있으며, 사이토카인 폭풍을 조절하는 방법이 새로운 대안으로 제안될 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0134923호 (2014.11.25. 공개)
본 발명은 패혈증 또는 패혈증 쇼크의 원인으로 알려진 인체 내 과도한 면역반응을 일으키는 사이토카인 폭풍을 억제하기 위한 조절제를 스크리닝하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 맹장 결찰 및 천공 (CLP)이 유도된 동물모델로부터 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포를 분리하는 단계;
상기 분리된 MDSC 유사 세포에 후보물질을 처리하는 단계;
상기 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 확인하는 단계; 및
상기 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하는 단계를 포함하는 사이토카인 폭풍 (cytokine storm) 조절제 스크리닝 방법을 제공한다.
본 발명은 상기 스크리닝 방법으로 선별된 후보물질을 유효성분으로 함유하는 사이토카인 폭풍 관련 질환 예방 또는 치료용 약학조성물을 제공한다.
본 발명은 시험관 내에서 (in vitro) 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포의 활성 또는 사이토카인 생성 수준을 감소시키는 단계를 포함하는 사이토카인 폭풍 억제 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 CD80+ 표면 항원과 CD11b+Gr-1+MHC II(low) 또는 CD11b+Gr-1+MHC II+ 표현형을 나타내며, 사이토카인 생성 및 분비가 증가된 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포주를 제공한다.
본 발명에 따르면, 맹장 결찰 및 천자 (CLP)가 유도된 패혈증 동물모델로부터 분리된 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 흉선 면역세포를 사멸시켜 흉선 위축증을 유발하고, LPS 자극 시 복강 유래 대식세포와 비교하여 TNF-α, IL-6 및 MCP-1을 과량 분비하는 반면, LPS 염증반응을 억제하는 IL-10 분비를 감소시켜 사이토카인 폭풍을 유발시키는 것을 확인함에 따라, 상기 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성을 조절할 수 있는 후보물질은 사이토카인 폭풍 조절제로 제공될 수 있으므로, 상기 MDSC 유사 세포를 이용한 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (MDSC)를 다양한 표면항원을 염색하여 유세포 분석한 결과이다.
도 2는 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (MDSC)를 라이트-김자 염색을 수행하여 세포내 구조물을 확인한 결과이다.
도 3은 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (ciMDSC)의 특징을 확인한 결과로, 도 3A는 정상 마우스와 CLP 유도 마우스의 복강 및 비장에서 확인된 면역 세포 중 Gr-1 양성세포를 분리한 유세포 분석결과이며, 도 3B는 유세포 분석으로 분리된 CLP 유도군 복강 MDSC 유사 세포 (CLP-Per-Gr-1)와 대조군 정상 마우스 비장 (C-SP-Gr-1) 및 CLP 유도군 비장 (CLP-SP-Gr-1)에서 분리한 MDSC의 포식능(phagocytosis)을 확인한 결과이며, 도 3C는 상기 MDSC 유사 세포들의 표면항원을 확인한 결과이다.
도 4는 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (ciMDSC)가 시간 경과에 따라, 흉선으로 이동하는 것을 확인한 결과로, 도 4A는 In vivo image analyzer를 이용하여 MDSC 유사 세포 이동을 분석한 결과이며, 도 4B는 VivoTracker 양성 여부 및 양성 부위를 확인한 결과이다.
도 5는 VivoTracker 양성을 나타낸 흉선 및 주변 림프절(LN) 조직에서 면역세포를 분리한 후 분리된 면역세포들의 표현형을 확인한 유세포 분석(FACS) 결과이다.
도 6은 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (ciMDSC, CLP-PerC-Gr-1)가 흉선 면역세포의 세포 사멸을 유도하는 것을 확인한 결과이다.
도 7은 CLP 유도 후 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (ciMDSC)가 비장 T 세포 활성에 미치는 영향을 확인한 결과로, 도 7A는 T 세포 활성 억제 물질인 NO (nitric oxide) inhibitor, ROS inhibitor 또는 Arginase inhibitor 존재하에서 ciMDSC (CLP-PerC-Gr-1)와 T 세포를 공동배양하여 T 세포 활성을 확인한 결과이며, 도 7B는 세포배양 상등액에서 NO 농도를 확인한 결과이다.
도 8은 정상생쥐의 비장에서 B 세포를 분리한 후 ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)와 공동배양한 후 ciMDSC가 B 세포에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 9는 ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)의 사이토카인 생성 수준을 정상 복강 대식세포(C-Per C) 및 비장 MDSC 세포 (C-SP-Gr-1)와 비교한 결과이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따르면, CLP에 의해 패혈증이 유도된 동물모델의 복강에서 확인된 골수유래 면역억제세포 유사 세포 (ciMDSC)는 사이토카인 폭풍을 유발하는 원인세포로 확인됨에 따라, 상기 ciMDSC 세포의 사이토카인 생성 및 활성 조절은 사이토카인 폭풍에 의해 유발되는 면역손상 (immunosuppression) 및 장기부전 (organ failure)의 예방 또는 치료 방법으로 제안될 수 있으므로, 본 발명자들은 상기 ciMDSC 세포를 사이토카인 폭풍 조절제 및 사이토카인 폭풍에 의해 유발되는 질환 치료제 개발에 제공하기 위해 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 맹장 결찰 및 천공 (CLP)이 유도된 동물모델로부터 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포를 분리하는 단계; 상기 분리된 MDSC 유사 세포에 후보물질을 처리하는 단계; 상기 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 확인하는 단계; 및 상기 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하는 단계를 포함하는 사이토카인 폭풍 (cytokine storm) 조절제 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.
상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 CLP 유도 후 복강에서 확인되며, 복강에서 흉선 및 흉선 주변 림프절로 이동하는 것일 수 있다.
상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 CD80+ 표면 항원과 CD11b+Gr-1+MHC II(low) 또는 CD11b+Gr-1+MHC II+ 표현형을 나타내는 것일 수 있다.
상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 포식능 (phagocytosis)을 나타내는 것일 수 있다.
또한, 상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 흉선의 면역세포인 T 세포 및 B 세포의 사멸을 유도하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, MDSC는 암 조직 및 비장 (spleen)내에서 발견되며 T 세포의 활성을 억제한다고 알려져 있기 때문에 CLP 유도 후 발견된 MDSC 유사 세포들이 기존에 알려진 MDSC와 어떤 차이가 있는지 비교하였다.
MDSC들은 Gr-1 표면 항원을 공통적으로 가지고 있으므로, 도 3A와 같이 정상 생쥐와 CLP 유도 생쥐의 비장 면역 세포 중 Gr-1 양성 세포만을 분리하였으며, MDSC 유사세포들은 CLP 유도 후 48 시간의 복강 면역세포 중 Gr-1 양성 세포만 분리하고, 상기 분리된 각 세포들의 포식능 (phagocytosis)을 확인하였다.
그 결과, 도 3B와 같이 CLP 유도 복강에서 분리된 MDSC 유사 세포들(CLP-Per-Gr-1)은 매우 강력한 포식능을 나타낸 반면, 대조군 비장 (C-SP-Gr-1) 및 CLP-유도군 비장 (CLP-SP-Gr-1)에서 분리한 MDSC들의 포식능은 약한 수준으로 나타났다.
또한, 상기 세포들을 대상으로 다양한 표면 항원을 분석한 결과, 도 3C와 같이 CLP 유도 복강에서 분리 (CLP-Per-Gr-1)된 MDSC 유사세포들은 CD80+, MHC II- 세포로 비장에서 분리한 MDSC들과는 다른 특징을 나타내었다.
상기 결과들로부터 CLP 유도 후 발견된 MDSC 유사 세포들은 암 조직 또는 정상 비장에서 발견되는 MDSC 세포와 기능 및 표현형이 다른 세포임이 확인되었다.
상기 스크리닝 방법은 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하여 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 사이토카인의 생성 수준을 감소시킨 후보물질을 선별하는 것일 수 있다.
상기 사이토카인은 TNF-a, IL-6 및 MCP-1로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
상기 스크리닝 방법은 대조군 MDSC 세포와 비교하여 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 IL-10 사이토카인 생성 수준을 추가로 더 증가시킨 후보물질을 선별하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)의 in vitro 활성을 정상 복강 대식세포(C-Per C) 및 비장 MDSC 세포 (C-SP-Gr-1)와 비교하기 위해, 분리된 각 세포를 흉선 세포(thymocyte)와 공동배양하였으며, 배양과정에 LPS (100 ng/ml)를 24시간 처리한 후 배양 상등액에 존재하는 사이토카인 농도를 확인하였다.
그 결과, 도 9와 같이 ciMDSC 세포들은 LPS 처리 없이도 TNF-a, IL-6 및 MCP-1의 분비가 매우 높게 나타났다. 또한 LPS 처리 후 정상 복강 대식세포와 비교하여 ciMDSC 세포에서 TNF-a (2배), IL-6 (2.5배) 및 MCP-1 (4배)의 분비가 매우 높게 나타난 반면, LPS 염증반응을 억제하는 IL-10의 생산 수준은 매우 낮았다. 비장 MDSC 세포들의 TNF-a 및 MCP-1 생산은 정상 복강 대식세포와 유사한 수준으로 확인되었으며, IL-6 및 IL-10은 거의 생산하지 않았다.
상기 결과들로부터 ciMDSC 세포들은 사이토카인 생성에서도 기존에 알려진 복강 대식세포 및 MDSC와는 구별되는 특징을 나타내는 것이 확인되었다.
본 발명은 상기 스크리닝 방법으로 선별된 후보물질을 유효성분으로 함유하는 사이토카인 폭풍 관련 질환 예방 또는 치료용 약학조성물을 제공할 수 있다.
상기 사이토카인 폭풍 관련 질환은 패혈증, 패혈증 쇼크, 다발성 장기부전, 급성폐렴, 장염 및 화상에 의한 외상으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 CD80+ 표면 항원과 CD11b+Gr-1+MHC II(low) 또는 CD11b+Gr-1+MHC II+ 표현형을 나타내며, 사이토카인 생성 및 분비가 증가된 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포주를 제공할 수 있다.
본 발명의 스크리닝 방법을 언급하면서 사용되는 용어 "후보물질"은 본 발명 세포주의 활성 및 사이토카인 생성에 영향을 미치는 미지의 시험물질을 의미하며, 상기 후보물질은 천연물, 화합물, 펩타이드, 뉴클레오타이드, 안티센스-RNA 및 siRNA(small interference RNA)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<실험예>
하기의 실험예들은 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.
1. 동물
8-12 주령 암컷 C57BL/6 마우스를 Orient Bio (Seognam, Korea)에서 구입하였다. 동물을 독립 케이지에서 12시간 명암 주기로 유지시켰으며, 기본 먹이 펠렛과 물을 섭취시켰다. 모든 실험 과정은 인제대학교 의과대학교 동물 실험 및 사용 위원회의의 승인을 받아 수행되었다 (approval number: 2017-022).
2. 항체
유세포 분석에 사용된 항체들을 eBioscience (San Diego, CA)에서 구입하여 사용하였다: fluorescein isothiocyante(FITC)-conjugated antibodies against CD11b (M1/70), CD4 (Gk1.50) 및 Rat IgG2b isotype control; phycoerythrin(PE)-conjugated antibodies against TLR4 (MTS510), RP105 (RP/14), CD80 (16-10A1), CD86 (GL1), MHC class I (AF6-88.5.5.3), MHC class II (M5/114.15.2), CD11b (M1/70), 및 isotype control; Allophycocyaniun (APC)-conjugated antibodies against CD8 (Ly-2), Gr-1, Ly6C, Ly6G, F4/80 및 isotype control; 및 purified anti-CD16/32 (2.4G2).
T 세포 활성을 위한 Functional grade anti-CD3 (0.5 ug/ml, 145.2C11), anti-CD28 (0.5 ug/ml, 34.51) 및 anti-TNF-α (MP6-XT22)는 eBioscience에서 구입하였으며, 세포사멸 관련 실험을 위한 PE-conjugaed Annexin V는 BD Bioscience (Franklin Lakes, NJ)에서 구입하였다.
3. 맹장 결찰 및 천자
맹장 결찰 및 천자 (cecal ligation and puncture, CLP) 방법을 이용하여 폐혈증을 유도하였다.
케타민 (ketamine, HUONS) 및 자일라진 (xylazine, Bayer Korea)를 복강내로 병용 처리하여 마우스를 마취시켰다. 포비돈 요오드 면봉으로 복부를 소독하고, 1.5cm 정중선 복부를 절개하였다. 패혈증 모델을 위해 맹장을 노출시키고 3-0 실크로 회맹판을 결찰한 후 26 게이지 바늘로 천공하였다. 수술 후, 맹장을 원래 위치로 돌려놓았다. WT 대조군 마우스는 복부 절개만 수행하여 5분간 노출시키고 복부를 봉합하였다.
모든 동물 (sham 및 CLP)은 목덜미 부위 피하로 0.5 ml 생리식염수를 투여하여 수액 소생술을 받았다. 마우스는 완전히 회복될 때까지 히팅 패드가 있는 케이지에서 보관되었다.
4. 마우스 이미징 (Imaging)
CLP 유도 마우스의 복막 대식세포 또는 골수유래 면역억제세포 (MDSC)를 실온에서 15분간 VivoTrack 680 (PerkinElimer)으로 염색하고 PBS로 3회 세척하였다.
CLP 후, 염색된 세포를 복막강에 주입하고 24시간 후 이미지를 얻었다.
이미지 검출을 위해, 이미징 전에 모든 마우스에 케타민 및 자일라진을 복강내로 병용 투여하여 마취 또는 희생시켰다.
마우스의 복부 부위의 털을 안전면도기를 사용하여 제거하였다.
Xenogen IVISTM 및 Living Image Software (Xenogen)를 이용하여 근적외선 형광 (Excitation: 670±15; Emission: 700±15)을 측정하여 전신 또는 피부를 제거한 마우스를 정량화하였다. 또한, 각 흉선을 수집하고 IVIS로 이미지화하였다.
5. MDSC 유사 세포 분리 및 흉선세포 (thymocytes) 준비
마우스 1차 면역세포는 제조사의 프로토콜에 따른 자기세포선별법 (magnetic cell sorting, MACS)으로 높은 구배 자기 분류에 의해 양성으로 분리되었다.
MDSC 세포는 항-Gr-1 및 마그네틱 비드 (Miltenyi Biotec)를 사용하여 정상 C57BL/6 마우스의 비장으로부터 얻었으며, 상기 세포를 MACS 컬럼으로 분리하여 약 >95% 순도의 세포를 얻었다.
비드가 결합된 항 CD11b 항체를 이용하여 복막 세포로부터 복막 대식세포를 농축하였으며, 흉선 세포는 새로 분리된 흉선을 차가운 인산 완충 식염수 (PBS)에 넣고 즉시 균질화하여 준비하였다.
조직 파편을 제거하기 위해, 전체 세포를 세포 스트레이너 (cell strainer)를 통과시켜 여과하였다. 상기 과정으로 얻은 흉선 세포 현탁액을 모든 실험에 사용하였다.
6. 사이토카인 측정
배지에서 다양한 시간으로 세포를 배양하고 원심분리하여 상층액을 수집하였다. 마우스 ELISA MAX Deluxe kit (BioLegend, San Diego, CA)를 이용하여 제조사의 설명서에 따라 TNF-α 수준을 확인하였으며, TNF-α의 정량을 위한 표준 곡선 플롯을 이용하여 데이터를 분석하였다.
7. 유세포 분석 (Flow cytometry analysis)
VSIG4의 발현을 위해, 복막강, 흉선 및 비장으로부터 마우스 1차 면역세포를 분리하였다. 세포를 FACS 완충액 (1% FCS가 포함된 PBS 및 0.05% NaN3)으로 세척하고 FcR 차단제 (2.4G2)와 함께 4℃에서 10분간 인큐베이션하여 비 특이적 항체 결합을 차단하고 항-마우스 VSIG4 항체로 4℃에서 20분간 염색하였다.
BD FACSCanto II (BD Bioscience, Franklin Lakes, NJ)를 이용하여 세포를 분석하고, FlowJo software를 이용하여 데이터를 분석하였다. 평균 형광 강도로 단백질 발현을 표시하였다.
세포사멸 분석을 위해, 세포를 PBS 및 결합 완충액으로 세척하고 annexin V로 세포를 염색한 후 유세포 분석기로 분석하였다.
8. 식세포작용 분석 (Phagocytosis Assays)
대조군 (C-SP-Gr-1) 및 비장의 Gr-1 세포 또는 CLP 유도 세포의 복막강에서 유래된 MDSC 유사세포 (CLP-Per-Gr-1)를 이용하여 식세포작용 분석을 수행하였다.
정제된 세포를 1 mg/ml FITC-dextran (Mr=2,000,000; Sigma)과 무혈청 RPMI 배지에서 37℃, 5% CO2 조건으로 30분간 배양하였다. 세포를 차가운 PBS로 3회 세척하여 내재화되지 않은 형광 비드를 제거하였다.
마지막으로, 플레이트에서 세포를 긁어내고 PE가 결합된 CD11b 항체로 염색한 후 유세포 분석하였다.
식세포작용을 위해, 흉선을 calcein-AM (final concentration 1uM, invitrogen)로 염색하고 각 세포와 6시간 동안 공동 배양하였다. 이후 세포를 항 CD11b 항체로 염색하여 유세포 분석하였다.
<실시예 1> 맹장 결찰 및 천자 (CLP) 유도된 동물모델에서 MDSC 유사 세포 확인
CLP 유도 후 기존에 존재하던 면역세포들은 복강내에서 사라지고 새로운 종류의 면역세포가 24시간부터 발견되었으며 72시간 까지 계속 존재하였다. 이 세포들의 구성이 시간이 흐름에 따라 두 종류의 세포로 나누어지는 현상을 보였기 때문에 이들 세포를 분리하여 다양한 표면 항원으로 염색하였다.
그 결과 도 1과 같이 CD11b+Gr-1+Ly6C+Ly6G+F4/80(low) 또는 CD11b+Gr-1+Ly6C(low)Ly6G-F4/80- 두 종류의 세포가 존재하는 것으로 확인되었다. CD11b는 모든 대식세포에 발현되는 표면항원이며, Gr-1, Ly6C 및 Ly6G는 골수유래 어린 대식세포에 발현되는 표면항원이고, F4/80은 성숙 대식세포에 발현되는 표면항원이다.
상기 결과로부터 이들 세포들은 기존에 알려진 MDSC (myeloid-derived suppressor cells)와 유사한 세포로 제안될 수 있다.
앞선 실험에서 확인된 바와 같이 CLP 유도 후 복강내에 발견된 세포가 기존에 알려진 MDSC와 유사하다고 판단됨에 따라, 라이트-김자 염색을 이용하여 세포내 구조물을 확인하였다.
그 결과, 도 2와 같이 상기 MDSC 유사 세포들은 다핵형 백혈구 (polymorphonuclear leukocyte)로 확인되었다.
<실시예 2> CLP 유도 후 확인된 MDSC 유사 세포의 특징 확인
MDSC는 암 조직 및 비장 (spleen)내에서 발견되며 T 세포의 활성을 억제한다고 알려져 있기 때문에 CLP 유도 후 발견된 MDSC 유사 세포들이 기존에 알려진 MDSC와 어떤 차이가 있는지 비교하였다.
MDSC들은 Gr-1 표면 항원을 공통적으로 가지고 있으므로, 도 3A와 같이 정상 생쥐와 CLP 유도 생쥐의 비장 면역 세포 중 Gr-1 양성 세포만을 분리하였으며, MDSC 유사세포들은 CLP 유도 후 48 시간의 복강 면역세포 중 Gr-1 양성 세포만 분리하였다. 분리된 세포들의 포식능 (phagocytosis)을 확인하였다.
그 결과, 도 3B와 같이 CLP 유도 복강에서 분리된 MDSC 유사 세포들(CLP-Per-Gr-1)은 매우 강력한 포식능을 나타낸 반면, 대조군 비장 (C-SP-Gr-1) 및 CLP-유도군 비장 (CLP-SP-Gr-1)에서 분리한 MDSC들의 포식능은 약한 수준으로 나타났다.
또한, 상기 세포들을 대상으로 다양한 표면 항원을 분석한 결과, 도 3C와 같이 CLP 유도 복강에서 분리 (CLP-Per-Gr-1)된 MDSC 유사세포들은 CD80+, MHC II- 세포로 비장에서 분리한 MDSC들과는 다른 특징을 나타내었다.
상기 결과들로부터 CLP 유도 후 발견된 MDSC 유사 세포들은 암 조직 또는 정상 비장에서 발견되는 MDSC 세포와 기능 및 표현형이 다른 세포임이 확인되었으며, 상기 결과를 근거로 기존에 알려진 MDSC와 구별하기 위해 CLP 유도 후 발견되는 MDSC 유사 세포를 “CLP-induced MDSC (ciMDSC)”로 명명하였다.
한편, CLP 유도 후 복강내에서 발견된 ciMDSC들이 CLP 유도 후 시간이 경과에 따라 흉선에서 발견됨에 따라, 이들이 동일한 세포인지 In Vivo Image Analysis를 이용하여 확인하였다.
CLP 유도 생쥐의 복강에서 분리된 ciMDSC들을 VivoTracker로 염색하고, 상기 세포를 CLP 유도된 새로운 생쥐 (CLP 생쥐)의 복강과 대조군 생쥐 (sham-생쥐)의 복강에 주입하였다. 48 시간 후 대조군 생쥐의 흉선 (thymus)에서는 변화가 거의 나타나지 않은 반면, CLP 유도 생쥐의 흉선은 크게 위축이 되었다. 또한 In vivo image analyzer를 이용하여 분석한 결과, 도 4A와 같이 대조군 생쥐 (sham-operated)의 흉선에는 VivoTracker가 거의 검출되지 않았으나 CLP 유도 생쥐의 흉선에서는 강한 VivoTracker 양성이 확인되었다.
분리된 조직을 In vivo image analyzer로 다시 분석한 결과, 도 4B와 같이 대조군의 흉선에는 VivoTracker가 검출되지 않았으나 CLP 유도 생쥐의 흉선은 매우 심한 위축으로 크기가 작아졌으며, 강력한 VivoTracker 양성을 나타냈었다. 또한, 대조군과 CLP-유도군의 흉선을 분리 후 In vivo image analyzer로 생쥐를 다시 분석한 결과, 흉선이 존재했던 뒤쪽 조직에서 VivoTracker 양성 부위가 나타났으나 크기가 너무 작아 주변조직을 포함하여 크게 분리한 후 분석하였다.
분리된 흉선 하부조직을 In vivo image analyzer로 분석한 결과, VivoTracker가 양성인 부위는 림프절 (lymph node)로 확인되었다. 대조군의 림프절은 약한 VivoTracker 양성을 나타낸 반면, CLP-유도군의 림프절은 매우 강한 VivoTracker 양성을 나타냈었다.
상기 결과들로부터 VivoTracker의 강도는 세포수의 증가에 따라 비례하여 강해지기 때문에 많은 수의 ciMDSC들이 CLP 유도 후 복강에서 흉선으로 이동하는 것으로 제안될 수 있다.
앞선 실험에서 확인된 바와 같이 흉선 및 주변 림프절에서 VivoTracker 양성이 확인되었기 때문에, 이들 조직에서 면역세포들을 분리한 후 FACS 분석으로 추가 분석을 수행하였다.
그 결과, 도 5의 왼쪽 도면과 같이 대조군 생쥐의 흉선에는 CD11b, Gr-1 및 MHC II에 양성을 나타내는 대식세포가 거의 확인되지 않았다. 반면, CLP-유도군의 흉선에는 VivoTracker 양성을 나타내면서 CD11b+, Gr-1+ 및 MHC II+인 세포들이 전체 세포 중 약 25% 정도 확인되었다. 또한, 도 5의 오른쪽 도면과 같이 대조군 생쥐의 림프절에서는 VivoTracker 양성, CD11b+, Gr-1+ 및 MHC II+ 세포들이 전체 세포 중 약 10% 정도로 나타난 반면, CLP-유도군의 림프절에서는 VivoTracker 양성, CD11b+, Gr-1+ 및 MHC II+ 세포들이 전체 세포중 30% 이상으로 나타났다.
상기 결과들로부터 VivoTracker 양성인 ciMDSC들은 CLP-유도 후 복강에서 혈관 또는 림프관을 통하여 흉선 및 흉선 주변 림프절로 이동하였으며, CD11b+Gr-1+MHC II(low)인 세포에서 CD11b+Gr-1+MHC II+인 세포로 변화한 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 3> ciMDSC 세포의 세포사멸 유도 효과 확인
예비 연구를 통해 생쥐의 복강에 CLP 유도 48 시간 후 분리된 ciMDSC들이 다른 면역세포의 활성에 영향을 주는 것을 확인하고, 이후 실험에서 ciMDSC를 분리하여 이용하였다.
ciMDSC 세포들이 흉선면역세포에 미치는 영향을 분석하기 위해, 정상 생쥐의 흉선에서 흉선세포 (thymocyte)를 분리하였다. 또한, Gr-1 항체를 이용하여 정상 복강세포 (C-PerC), 정상 비장(C-SP-Gr-1) 및 CLP 유도 생쥐의 복강에서 ciMDSC 세포 (CLP-Per-Gr-1)를 분리하여 각각의 세포를 흉선면역세포 (thymocyte)와 17시간 동안 공동배양한 후 Annexin V로 염색하여 세포사멸을 확인하였다,
그 결과, 도 6과 같이 비장에서 분리된 MDSC 세포들은 공동배양에서 활성인자가 없거나 또는 LPS 및 IFN-r과 같은 활성인자가 존재 하더라도 흉선면역세포에 거의 영향을 주지 않았다. 반면, CLP 유도 생쥐의 복강에서 분리된 ciMDSC 세포들은 활성입자가 없을 때에도 흉선면역세포 중 CD4/CD8 pouble positive thymocyte (DP thymocyte)의 세포사멸을 유도하였을 뿐만 아니라 IFN-r의 존재 하에서는 2.5배 이상의 세포사멸을 유도하였다.
상기 결과로부터 ciMDSC 세포는 기존에 알려진 MDSC 보다 높은 세포사멸유도기능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 4> ciMDSC 세포의 면역세포 활성 억제 효과 확인
ciMDSC 세포들이 비장 T 세포에 미치는 영향을 확인하기 위해, 정상 비장 MDSC 세포 (C-SP-Gr-1) 및 CLP 유도 마우스의 복강에서 ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)를 분리하였다. 분리된 각 세포를 비장 T 세포와 1:1 및 1:2의 비율로 17시간 동안 공동배양한 후 유세포 분석을 수행하여 세포활성을 확인하였다.
그 결과, 도 7A와 같이 비장에서 분리된 MDSC 세포들은 공동배양에서 T세포 활성을 억제하지 않았으나, ciMDSC 세포들은 T 세포의 활성을 1:1 (ciMDSC: T cells) 및 1:2 (ciMDSC: T cells)비율에서도 크게 억제하였다. 또한, T 세포의 활성을 억제하는 원인 물질 중 하나인 NO (nitric oxide) 억제제를 처리한 경우, ciMDSC 세포에 의한 T 세포 활성이 회복되었다. 반면, ROS 억제제 및 Arginase 억제제를 처리한 경우 활성 회복 효과가 나타나지 않았다.
세포배양 상등액을 대상으로 NO의 농도를 측정한 결과, 도 7B와 같이 ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)와 비장 T 세포의 공동배양 상등액에서 유의한 수준의 NO가 검출되었다.
상기 결과들로부터 ciMDSC 세포는 기존에 알려진 MDSC보다 T 세포의 활성을 크게 억제하는 것이 확인되었다.
한편, ciMDSC 세포들이 B 세포에 미치는 영향을 확인하기 위해, 정상 생쥐의 비장에서 B 세포만을 분리한 후 ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)와 공동 배양하였다.
그 결과, 도 8과 같이 B 세포를 IgM으로 자극 하였을 때 B 세포가 세포증식 하였으나, ciMDSC 세포와의 공동 배양한 경우, 세포증식이 유의하게 억제되는 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 5> ciMDSC 세포의 사이토카인 생성 효과 확인
ciMDSC 세포 (CLP-PerC-Gr-1)의 in vitro 활성을 정상 복강 대식세포(C-Per C) 및 비장 MDSC 세포 (C-SP-Gr-1)와 비교하였다. 분리된 각 세포를 흉선 세포(thymocyte)와 공동 배양하였으며, 배양과정에 LPS (100 ng/ml)를 24시간 처리한 후 배양 상등액에 존재하는 사이토카인 농도를 확인하였다.
그 결과, 도 9와 같이 ciMDSC 세포들은 LPS 처리 없이도 TNF-a, IL-6 및 MCP-1의 분비가 매우 높게 나타났다. 또한 LPS 처리 후 정상 복강 대식세포와 비교하여 ciMDSC 세포에서 TNF-a (2배), IL-6 (2.5배) 및 MCP-1 (4배)의 분비가 매우 높게 나타난 반면, LPS 염증반응을 억제하는 IL-10의 생산 수준은 매우 낮았다. 비장 MDSC 세포들의 TNF-a 및 MCP-1 생산은 정상 복강 대식세포와 유사한 수준으로 확인되었으며, IL-6 및 IL-10은 거의 생산하지 않았다.
상기 결과들로부터 ciMDSC 세포들은 사이토카인 생성에서도 기존에 알려진 복강 대식세포 및 MDSC와는 구별되는 특징을 나타내는 것이 확인되었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 맹장 결찰 및 천공 (CLP)이 유도된 동물모델로부터 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포를 분리하는 단계;
    상기 분리된 MDSC 유사 세포에 후보물질을 처리하는 단계;
    상기 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 확인하는 단계;
    상기 MDSC 유사 세포의 사이토카인 생성 수준을 후보물질을 처리하지 않은 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하는 단계; 및
    상기 후보물질을 처리하지 않은 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하여 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 MCP-1 사이토카인의 생성 수준을 감소시킨 후보물질을 선별하는 단계;를 포함하는 사이토카인 폭풍 (cytokine storm) 조절제 스크리닝 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 CLP 유도 후 복강에서 확인되며, 복강에서 흉선 및 흉선 주변 림프절로 이동하는 것을 특징으로 하는 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 CD80+ 표면 항원과 CD11b+Gr-1+MHC II(low) 또는 CD11b+Gr-1+MHC II+ 표현형을 나타내는 것을 특징으로 하는 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 골수유래 면역억제세포 (MDSC) 유사 세포는 포식능 (phagocytosis)을 나타내는 것을 특징으로 하는 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 스크리닝 방법은 후보물질을 처리하지 않은 대조군 MDSC 유사 세포와 비교하여 후보물질이 처리된 MDSC 유사 세포의 TNF-a 또는 IL-6 사이토카인의 생성 수준을 추가로 더 감소시키고, IL-10 사이토카인 생성 수준을 추가로 더 증가시킨 후보물질을 선별하는 것을 특징으로 하는 사이토카인 폭풍 조절제 스크리닝 방법.
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