Microglia 활성화와 신경세포 사멸에서의 Interleukin-13 /Interleukin-4 의 역할 - 박근우 (The Graduate School, Ajou University, 2008)
Microglia는 중추신경계에 존재하는 면역세포로 뇌손상시에 활성화된다. Microglia의 활성화는 감염에 대항하는 방어기전이지만 활성화된 microglia로부터 생성되는 염증 매개 물질들이 뇌의 손상을 가중시켜 뇌질환의 발병 및 진전을 악화시킬 수 있으므로 이러한 염증반응의 정도 및 기간의 조절은 매우 중요하게 여겨진다. 대표적인 항염증성 사이토 카인인 IL-13과 IL-4는 염증 매게 물질의 생성을 억제하는 것으로 보고되어 왔다. 이러한 IL-13과 IL-4의 염증 메게 물질의 생성 억제 효과 이외의 연구 결과도 보고 되었는데 최근 보고에 따르면 IL-13과 IL-4는 활성화된 microglia의 사멸에 관여하는 것으로 밝혀졌다. 본 연구의 목적은 동물 내 해마와 대퇴 피질에서의 IL-13과 IL-4의 역할을 확인하고 신경세포에서의 NADPH oxidase에 의한 활성산소의 생성이 세포사멸을 유도할 수 있는지 확인하는 것이다. 우선, 해마에서의 IL-13과 IL-4의 역할을 확인하기 위해 트롬빈과 amyloid beta를 이용하여 실험을 수행하였다. Alzheimer’s disease와 관련이 높은 것으로 알려진 트롬빈과 amyloid beta를 해마에 주입한 후 신경세포의 사멸 유도와 microglia의 활성화를 면역화학염색법을 이용하여 확인하였고 이후 IL-13과 IL-4발현을 확인한 결과 이들의 발현이 증가됨을 관찰하였다. 이러한 싸이토카인의 발현은 활성화된 microglia에만 나타남을 확인되었는데 이때 IL-13과 IL-4의 역할을 확인하기 위해 IL-13과 IL-4의 neutralizing antibody (NA) 를 트롬빈이나 amyloid beta과 같이 주입한 후 신경세포의 사멸을 관찰한 결과 IL-13 NA과 IL-4 NA에 의해 신경세포의 사멸이 감소함을 확인하였다. 이때 대표적 염증 매게 물질인 iNOS, TNF-α, IL-1β의 변화를 RT-PCR과 western blot으로 확인한 결과 IL-13 NA과 IL-4 NA 에 의해 감소됨을 확인하였다. 또한 NADPH oxidase의 두 구성요소인 (p47phox, p67phox)의 발현이 IL-13NA과 IL-4NA에 의해 감소됨이 관찰되었고, 이의 결과물인 활성산소의 생성 또한 감소됨이 확인되었다. 다음으로, 트롬빈에 의한 신경세포의 사멸에 NADPH oxidase 활성화를 통한 활성산소의 생성이 관여함을 확인하기 위해 세포 배양 모델에서 실험을 수행하였다. 해마 신경 세포 배양체에 트롬빈을 처리한 후 신경세포의 사멸을 관찰하였고 이때 활성산소의 생성과 NADPH oxidase의 발현이 증가함을 확인하였다. 트롬빈에 의해 유도된 활성산소의 생성과 NADPH oxidase가 신경세포의 사멸에 관여함을 확인하기 위하여 NADPH oxidase의 억제제인 apocynin을 전처리 한 후 트롬빈을 처리해 본 결과 트롬빈에 의해 유도된 활성산소의 생성이 감소함을 확인하였고 또한 apocynin에 의해 트롬빈에 의해 유도되는 신경세포의 사멸 또한 감소함을 확인함으로써 트롬빈에 의해 유도되는 NADPH oxidase생성이 활성산소의 생성을 통해 신경세포의 사멸을 유도함을 확인할 수 있었다. 마지막으로, 흰쥐의 대퇴 피질에서의 IL-4의 발현과 역할을 확인하기 위한 실험을 수행 하였다. 흰쥐의 대뇌피질에 LPS를 주입 하였을 때 내제적 IL-4의 발현 증가와 microglia의 사멸이 관찰되었고 이러한 IL-4의 발현은 활성화된 microglia에서만 확인 되었다. IL-4의 기능을 확인하기 위해 IL-4의 blocking antibody인 neutralizing antibody를 LPS 와 함께 주입하였을 때 microglia의 사멸이 감소됨을 확인하였고 또한 신경세포의 사멸이 증가됨을 확인하였다. 종합하여 보면, IL-13과 IL-4는 해마 내에서는 NADPH oxidase의 활성화를 통한 활성산소의 생성에 관여함으로써 신경세포의 사멸에 관여하고 있음을 확인하였고 반면 대뇌 피질에서는 IL-4가 microglia의 사멸에 관여함으로써 신경세포의 생존에 도움이 됨을 확인하였다. 따라서 본 논문에서는 IL-13과 IL-4의 기능이 뇌 내의 위치에 따라 유익할 수도 반대로 유해할 수도 있다는 결과를 보여주고 있다.
학위논문(박사)----아주대학교 일반대학원 :신경과학기술과정,2008. 2
Keywords: LPS; Aβ1-42; Thrombin; IL-13; IL-4; ROS; NADPH oxidase; microglia; neuron; hippocampus; cortex