비결핵성 마이코박테리아 폐질환에서 Toll-like receptor 2의존성 숙주면역반응 및 감수성에 대한 연구

Abstract

자연계에 감염보유숙주가 없는 결핵균과 달리 비결핵항산균 (nontuberculous mycobacteria, NTM)은 자연환경에 흔히 존재하고 있으며, 발병력이 낮아 사람에게 질환을 일으키는 경우가 드물다. 이는 NTM 폐질환이 발생한 환자들은 특별한 숙주 감수성 인자를 가지고 있을 가능성이 매우 높다는 것을 시사한다. Toll-like receptor 2 (TLR2)는 선천면역과정에서 마이코박테리아 항원을 인지하여 궁극적으로 cytokines의 유전자 전사와 후천면역반응을 유도하는 중요한 수용체로, 최근 TLR2 유전자 다형성이 결핵의 발병과 관련되어 있다는 보고가 있었다. 이에 본 연구에서는 뚜렷한 기저질환이 없는 NTM 폐질환군에서 TLR2 의존성 숙주 감수성의 관련성을 규명하기 위해서 NTM 폐질환 환자 17명 {M. avium complex (MAC) 8명, M. abscessus 9명}의 말초혈액 단핵구 (peripheral blood mononuclear cells, PBMCs)를 분리하여 M. avium으로 자극한 후, TLR2, IL-12p40, TNF-α 유전자 발현을 시간별로 정량분석하고 ELISA로 IL-12p40, TNF-α, IFN-γ, IL-10의 농도를 측정하여 건강 대조군 7명과 비교하였다. 또한, NTM 폐질환 환자 80명과 건강 대조군 84명에서 TLR2 유전자 다형성을 가진 2개 부위 (Arg753Gln, Arg677Trp)에 대한 유전자형을 분석하여 TLR2 유전자 다형성으로 인한 숙주 감수성을 알아보고자 했다. 1. 건강 대조군의 PBMC에서 M. avium으로 자극한 후 시간별로 TLR2 mRNA 발현량이 증가되었다. 2. M. avium 자극시 NTM 환자군의 TLR2 mRNA 발현정도는 대조군과 비교해서 시간별로 의미있는 증가가 없었고, MAC과 M. abscessus 환자군간의 유의한 차이도 없었다. 3. NTM 환자군의 PBMC는 대조군과 비교하여 M. avium 자극시 IL-12p40와 TNF-α mRNA의 발현이 낮게 관찰되었고 IL-12p40와 TNF-α의 분비가 감소되어 있었다. 4. M. abscessus 폐질환군은 M. avium 폐질환군에 비해서, M. avium 자극에 의한 TNF-α 분비가 억제되어 있었고 IL-10 분비가 증가되어 있었다. 5. TLR2 항체의 전처리 후 M. avium 자극시 대조군에서는 TLR2, IL-12p40, TNF-α mRNA 발현을 감소시켰고, IL-12p40와 TNF-α 분비량도 감소되었다. 그러나, TLR2 항체가 전처리된 NTM 환자군에서는 M. avium 유도성 면역반응이 거의 영향을 받지 않았다. 6. TLR2유전자의 Arg753Gln와 Arg677Trp 다형성은 환자군 및 대조군 모두에서 관찰되지 않았다. 이상의 결과는 TLR2가 NTM 폐질환에서 숙주 방어면역기전을 수행하는 후천성 면역작용을 유도하는데 중요한 초기 역할을 담당하며, TLR2의 하향조절 및 TLR2 의존성 숙주면역반응의 손상은 NTM 폐질환 발생의 위험인자일 가능성을 시사한다. 그러나, 기존에 알려진 결핵환자의 숙주감수성 요인인 TLR2유전자의 Arg753Gln, Arg677Trp 다형성은 적어도 한국인에서는 NTM 폐질환 발생과는 관련성이 없는 것으로 판단된다. NTM 폐질환의 발병에 관여하는 숙주 요인을 밝히는 것은 궁극적으로 발병기전을 밝히고 새로운 치료법을 개발하는 데 중요한 단서를 제공해 줄 수 있을 것이다.;Nontuberculous mycobacteria (NTM) is ubiquitous, and immunocompetent patients who develop NTM lung disease are likely to have specific susceptibility factors that lead to these infections. Toll-like receptor (TLR) 2 plays a critical role in inducing innate immunity against NTM. To investigate the host susceptibility associated with TLR2-dependent immunity against NTM, I analyzed the capacity of peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) to express TLR2, interleukin (IL)-12p40, and tumor necrosis factor (TNF)-α mRNA using RT-PCR and to release cytokines IL-12p40, TNF-α, interferon (IFN)-γ, and IL-10 using ELISA following NTM infection in 17 human immunodeficiency virus (HIV) seronegative patients (8 Mycobacterium avium complex (MAC), 9 M. abscessus) with NTM lung disease compared to seven healthy controls. In addition, to investigate the occurrence of TLR2 polymorphisms, the TLR2 Arg677Trp and Arg753Gln polymorphisms were examined in a total of 80 NTM patients and 84 healthy controls. The results were as follows: 1) Mycobacterium avium infection of PBMCs resulted in an increase in TLR2 mRNA in a time-dependent manner in controls. 2) The level of TLR2 mRNA in NTM patients, which was low initially, was lower than in the controls and decreased following M. avium infection for the indicated times. The levels decreased similarly in both the MAC and M. abscessus patients. 3) PBMCs from NTM patients, compared to controls, were significantly less responsive to M. avium as measured by IL-12p40 and TNF-α using RT-PCR and ELISA. 4) Mycobacterium avium induced less TNF-α and greater IL-10 release from the PBMCs of M. abscessus patients compared to MAC patients. 5) Anti-TLR2 antibody inhibited M. avium-induced TLR2, IL-12p40, and TNF-α mRNA expression, and the subsequent release of IL-12p40 and TNF-α using ELISA in controls. In contrast, anti-TLR2 antibody had little effect in NTM patients. 6) The TLR2 Arg677Trp and Arg753Gln mutant alleles were not found in any of the NTM patients or controls. This study is the first report to evaluate the TLR2-dependent immune response in NTM patients and determine whether the TLR2 Arg677Trp and Arg753Gln polymorphisms are associated with human susceptibility to NTM lung disease. This data provide evidence that an impaired TLR2-dependent immune pathway leads to increased host susceptibility to NTM infections without immunosuppressive disease and that TLR2 is essential for inducing a protective immune response against NTM infection. However, the TLR2 Arg677Trp and Arg753Gln polymorphisms do not appear to be responsible for host susceptibility to NTM lung disease, at least in the Korean population.