동물모델에서 방사선 조사에 의한 장내 미생물 군집 및 면역 기능 변화

Abstract

암의 치료에서 방사선 치료는 주요한 역할을 하고 있다. 복부 및 골반부의 방사선 치료 시 발생하는 장 손상으로 인한 부작용에 대한 표준적인 치료법이 없다. 최근, 방사선 치료 시 발생하는 장 손상으로 인한 오심, 구토 및 설사 등과 같은 치료 부작용을 극복하기 위한 방안으로 장내 세균의 역할이 대두되고 있다. 따라서 본 연구는 동물실험을 통한 방사선조사 전후의 마우스(mouse) 장내세균의 분포 변화 및 면역체계를 변화를 살펴보았다. 방사선조사 전후에 마우스의 맹장(cecum)에서 미생물 군집의 DNA를 추출하여 pyrosequencing으로 16S rRNA 유전자의 염기서열을 결정하고 데이타베이스 분석을 통해 군집분석을 시행하였다. 마우스는 전처치를 시행하지 않은 군과 항생제를 사용하여 장내세균을 박멸한 군, 프로바이오틱스(VSL #3)를 복용시켜 유효장내세균을 공급한 군으로 나누어 분석하였다. 면역체계의 변화는 비장, 대장의 고유판(lamina propria)의 면역세포들을 flow cytometry를 이용하여 분석하였고 사이토카인(cytokines)은 대장 조직에서 mRNA를 분리하여 real time PCR로 분석하였다. 마우스에 방사선 조사 후 장내의 Firmicutes phylum이 증가하였고 Bacteoidetes phylum 은 감소하였다. 소수의 Tenericutes phylum은 점차 증가하였다. 항생제나 프로바이오틱스의 투여에 따라 방사선 조사에 의해 고유판의 면역세포들의 분포가 변화되었고 cytokine 중 TNF-α 가 특이적으로 변화하였다. 마우스에서 방사선조사에 의해 장내 미생물 군집의 변화와 더불어 면역세포 발현의 변화가 수반되었다. 프로바이오틱스의 투여에 따라 고유판의 면역세포 분포의 변화를 보였으며 cytokine 중 TNF-α 가 특이적으로 변화하는 것을 관찰 하였다. 결론적으로 목표 미생물 군집의 조절을 통한 숙주 면역 면역체계의 활성 유도가 암 환자에서 방사선 치료에 따른 설사의 기전을 이해하고 치료에 응용할 수 있을지에 대한 기초연구가 되리라 생각한다.;Radiotherapy is an important role of cancer therapy. Radiation-induced acute intestinal injury after abdominal and pelvic irradiation is an common problem. However, there is no standard therapy for the adverse effects of radiotherapy. The use of certain bacteria preparations seems to provide beneficial effects in the prevention and treatment of radiation-induced acute intestinal injury. This study evaluated the change of the gut microbial population and the host immune response in irradiated animal model. Microbial population analysis using metagenomics was performed. The animal (mice, C57BL/6 strain) were allocated to 2 groups: a control group that did not received abdominal irradiation and experimental group that received abdominal irradiation with a single dose of 16 Gy. The animal cecal contents were collected and analysed. The phylum of each bacterial phylotype were identified by NCBI database. Host immune response was studied before and after abdominal irradiation with a single dose of 16 Gy. The animal were allocated to 3 groups: 1 fed with a standard diet, 1 fed with an antibiotic mixture, 1 fed with a probiotic mixture. Abdominal irradiation caused an increase of Firmicutes phylum with a simultaneous decrease of Bacteroidetes phylum, and growing of Tenericutes population. Macrophage and CD4+ T cells were increased in lamina propria after abdominal irradiation and B cells in spleen were decreased. Although probiotics or antibiotics caused little effects on immune cell population, the expression of proinflammatory cytokines in colon tissue was regulated differently by antibiotics. In conclusion, the study of the activation on host immune system by the control of the target microbial population might be basic study of the understanding of mechanism and clinical application in the treatment of radiation-induced diarrhea.