The Roles of Serum Amyloid A-1 and Tissue Inhibitor of Metalloproteinase-1 in Asthma Pathogenesis - CAO THI BICH TRA (The Graduate School, Ajou University, 2023)
배경: 천식은 가역성 기도 폐쇄를 특징으로 하는 만성 기도 염증성 질환이다. 이 중 5%-10%를 차지하는 중증 천식(SA)은 지속적인 기도 염증을 나타내며, ICS를 포함한 약물 치료에도 폐기능이 감소한다. Serum amyloid A (SAA)은 호중구성 천식(NA, 가래 호중구 수 65%)의 바이오마커 중 하나로 1초간 강제 호기량 감소 (FEV1%) 감소와 관련성이 보고되었다. 반면, tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP1)은 TIMP 계열이며, 세포외 조직에서 주로 matrix metalloproteinases-9 (MMP9)의 억제제로 알려져 있고, 최근 TIMP1와 MMP9는 상호 작용을 통하여 기도 개형을 증가시킨다. SAA1과 TIMP1는 주로 기도 상피 세포 (AECs)에서 다양한 자극에 의해 분비되며, SA의 중증도에 영향을 미친다. 목적: 본 연구는 (1) 천식 표현형(NA vs non-NA)에 따른 혈청 SAA1의 임상적 유용성, (2) 외부/내부 자극에 의한AEC로부터 SAA1 생성, (3) 호중구/대식세포의 활성화에 대한 SAA1의 효과, (4) 천식 마우스 모델에서 SAA1의 효과, (5) SA 표현형(2형 대 비 2형)에 따른 임상적 매개변수와 관련한 혈청 TIMP1의 임상적 유의성, (6) 다양한 자극에 의한 AECs의 TIMP1 생성, (7) 호산구/대식세포의 활성에 의한 TIMP1의 효과, (8) TIMP1 및 항 TIMP1 항체가 생체 내 기도 염증/개형에 미치는 영향, 총 8가지를 확인하고자 하였다. 재료 및 방법: 첫번째 연구에서는, 122명의 천식 환자와 60명의 건강한 대조군(HCs)에서 혈청 SAA1를 측정하였다. 그리고 AECs에서 SAA1의 생산과 대식세포 및 호중구에 미치는 영향을 시험관 내 및 천식 마우스 모델에서 관찰하였다. 두 번째 연구에서는, 성인 천식 환자 250명(SA군, 54명; non-SA군, 196명)과 140명의 HCs 에서 혈청 TIMP1치를 측정하였다. 호산구 및 대식세포의 활성화에 대한 TIMP1의 효과와 AECs로부터 다양한 외부 자극에 따른 TIMP1의 방출 정도를 시험관내 및 생체내에서 평가하였다. 결과: 혈청 SAA1 수치는 천식 환자에서 HCs보다 유의하게 높았고(P = 0.014), 천식 환자들 중 호중구성 천식 환자군이 비 호산구성 천식군보다 유의하게 높았다 (P < 0.001). Poly I-C 처리 후 AECs에서 SAA1 생산이 현저하게 증가하였으며, 이는 호중구 처리 후 더욱 증가되었다. SAA1 처리 후, AECs에서 IL6, IL8 및 S100 칼슘 결합 단백질 A9 유리가 증가하였다. 또한, SAA1은 호중구에서 천식 환자의 말초 혈액에서 호중구 및 대식세포를 활성화하고, 호중구 세포외 트랩 형성 및 염증성 사이토카인 생산을 증가시켰다. 알부민으로 유발한 천식 마우스에서 poly I-C 자극은 기관지 폐포 세척액(BALF)에서 SAA1 수치과 IL17A/인터페론-감마/IL33 수치을 유의하게 증가시켰다. NA 마우스 모델의 BALF와 혈청에서 가장 높은 수치의 SAA1과 호중구 증가증이 나타났고, 혼합 과립구성 천식 마우스 모델이 그 뒤를 이었다. 특히, SAA1은 천식 마우스의 활성화된 CD4+ T 림프구로부터 RORt 발현을 유도하였다. 두 번째 연구에서, 혈청 TIMP1 수치는 천식 환자에서 HCs에 비해 유의하게 높았으며, 천식 환자중에서, non-SA군보다 SA군에서, 비2형군보다 2형 SA군에서 유의하게 높았다(각 P <0.01). SA 환자군에서 혈청 TIMP1과 FEV1 % 값 사이의 음의 상관관계(r = -0.400, P = 0.003)가 관찰되었다. 시험관 내 연구결과로 TIMP1는 AECs에서 다양한 외부 자극인 poly I-C, IL13, 호산구 세포외 트랩(EET) 및 호산구와 공동 배양 후 방출되었다. 동물 모델에서는 TIMP1 자극 후 호산구성 기도 염증이 관찰되었으며, 이는 스테로이드 치료로 완전히 억제되지 않았다. 또한, TIMP1은 호산구와 대식세포를 직접 활성화하고, EET와 대식세포의 방출을 유도하여, 항-TIMP1 항체 치료후 M2로의 분극화가 억제되었다. 결론: 이러한 결과는 SAA1이 NET 형성, M1 방향 대식세포 활성화 및 T 헬퍼(Th)2/Th17 우세 세포와 함께 호중구를 활성화 및 호중구 기도 염증을 유발하여, NA 또는 MA의 표현형에 기여한다. TIMP1은 SA 환자에서 호산구성 기도 염증을 강화하며, 혈청 TIMP1은 2형 SA에 대한 잠재적인 바이오마커 및/또는 치료 표적이 될 수 있다.
학위논문(박사)--생명과학과,2023. 8
Keywords: Asthma; eosinophils; epithelial cells; inflammation; macrophages; neutrophils; serum amyloid A-1; tissue inhibitor of metalloproteinase-1