The Role of CD137 in the immune cells of hyperlipidemic mice

Abstract

Atherosclerosis is a disease of chronic inflammation in which immune modulation is dysregulated. CD137, a member of tumor necrosis factor receptor family, is known to be involved in the regulation of a wide range of immune-regulated disease model. In our previous studies, we found that activation of CD137 signaling promotes formation of atherosclerotic plaque, and exacerbated plaque instability. Despite this, the mechanism by which CD137 signaling relates to the development and differentiation of major antigen presenting cells such as macrophages and dendritic cells involved in the all stages of atherosclerosis remains unclear. Therefore, I investigated the distribution of both macrophage and dendritic cell (DC) subtypes in both normal and atherosclerotic states using CD137 knockout mice to assess its role. First, I confirmed previous finding that the plaque size in Ldlr-/-CD137-/- was significantly decreased in both aortic artery and aortic sinus compared to Ldlr-/- mice. Next, to investigate whether immune cell composition during atherosclerosis, I identified and analyzed cell subtypes of both macrophages and DC cells by flow cytometry using their cell-specific markers. However, the immune cell population was not changed. I found decreased foam cell formation and increase in the lipid efflux in macrophages from CD137-/- mice. In addition, increased reverse cholesterol transporter such as ABCA1 and ABCG1 were increased in macrophages from CD137-/- mice. Furthermore, inflammatory cytokine levels were reduced in accordance with atherosclerotic plaque formation. These results raised the possibility that CD137 signaling is related to the mechanisms involving both lipid uptake and reverse cholesterol transport system in macrophages under atherosclerotic environments. Further study is required define the molecular and functional mechanisms of CD137 signaling using cell-specific CD137-/- mice.;동맥경화는 면역 기능 조절에 이상이 생겨 나타나는 만성 염증 질환이다. 동맥경화증은 대동맥 내의 동맥벽에 지질과 섬유질 축적 그리고 여러 면역 세포들의 침윤과 축적으로 발생한다. 동맥경화증은 고콜레스테롤혈증, 고혈압, 당뇨병 그리고 운동부족 및 과체중으로 인하여 유발되는 질환으로 동맥경화 초기에는 혈액 안의 저밀도 지질 단백질이 혈관의 내피에 유입되어 다양한 염증 인자들을 활성화 시키게 된다. 이는 병변 안으로 단핵구의 침윤을 유도하게 되고 이렇게 침윤된 단핵구들은 지질을 탐식하여 거품 세포를 형성하게 된다. 또한, T 림프구의 침윤도 함께 유도하여 이후 다양한 사이토카인을 분비하여 병변을 더 증가시킨다. 따라서 이와 같은 면역세포의 역할로 미루어 보다, 동맥경화 내에서 면역 세포들 간의 작용과 역할을 규명해 내는 것이 질병의 발병 기전을 이해하고 향후 임상에 적용하는 데에 매우 중요하다. CD137은 tumor necrosis factor 수용체의 하나로 T 림프구 공동 자극 분자로 알려져 있다. 하지만 최근 많은 연구들에서 T 림프구 뿐만 아니라 여러 면역 세포들에서도 발현한다고 보고되었다. 앞선 연구들에서 CD137 유전자는 동맥경화 병변 형성을 증가시킬 뿐만 아니라 병변의 불안정성을 가속화 시킨다고 밝혔다. 또한, 대식세포와 효과 T 림프구간의 양뱡향 신호전달을 통해 각 세포의 활성을 유도한다고 밝혔다. 활성화된 대식세포는 하지만, 면역 세포에는 그 종류가 다양하기 때문에 본 연구를 통하여 동맥경화 상황에서 각 면역세포 하위 유형에 CD137 유전자가 미치는 영향에 대하여 규명하였다. 따라서 본 연구에서는 먼저 CD137 유전자가 결핍된 Ldlr/CD137 이중 유전자 적중 마우스를 이용하여 동맥경화 병변 내로 유입된 면역세포들을 조사하였다. 우선 Ldlr 유전자가 결핍된 마우스와 Ldlr, CD137 유전자가 모두 결핍된 마우스를 확인하여, 16주간 고지질 콜레스테롤 사료를 식이시킨 결과, Ldlr, CD137 유전자 모두 결핍된 마우스에서 대동맥궁과 대동맥에서 Ldlr 마우스보다 병변의 크기가 감소한 것을 확인 하였다. 또한 동맥경화 초기 상황에서 CD137 유전자의 결핍이 수지상세포와 대식세포의 하위 유형 집단의 수에 영향을 미치지 않는 것을 알아내었다. 따라서 동맥경화의 주요 요인 중의 하나인 지질을 탐식하여 축적하는 기능에 CD137 유전자가 관여할 것으로 생각하여, 항원 제시 세포인 수지상세포와 대식세포에서 지질 탐식 능력을 확인한 결과 대식세포에서 CD137 유전자가 결핍되었을 때 탐식 능력이 감소한 것을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 이들 항원 제시 세포에서 지질 유출에 관여하는 관련 리셉터를 확인하는 실험에서 CD137 유전자가 결여되어 있을 때 리셉터의 발현이 증가하는 것을 확인했다. 염증관련 사이토카인의 발현량이 병변이 감소하는 것과 지질 유출에 관여하는 리셉터의 발현량과 같은 양상으로 발현이 나타나는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 종합해보면, CD137 유전자가 만성 염증 질환인 동맥경화의 발생과정에서 면역세포의 작용이 아닌 지질 탐식 능력과 지질 배출 능력에 관여하여 병변을 증가시켜 동맥경화를 심화시킨다는 사실을 증명하였다.