천식 마우스 모델에서 만성기관지염증에 대한 IL-9 차단 효과

Abstract

배경 및 연구목적 : 천식은 기도의 만성 염증 질환으로, 대부분 흡입성 스테로이드로 조절되지만 일부는 난치성이다. 이러한 환자에서는 여러 치료가 시도되고 있는데, 사이토카인 억제제가 그 중 하나이다. IL-9는 원래 Th2 사이토카인의 일종으로 생각되었으나, 최근에는 IL-9만 특징적으로 분비하는 T 세포의 발견으로 이를 Th9 세포라고 부르기도 한다. 여러 실험을 통해 IL-9의 주된 역할은 비만세포의 성장과 분화 및 활성화임을 알 수 있었고, 그 외에도 B 세포, Treg 세포, Th17 세포와 기도상피세포, 기도평활근세포에 작용하여 기도의 만성 염증에 관여하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 실험에서는 천식모델에서 IL-9를 차단했을 때 기도 염증에 어떠한 변화가 오는지를 알아보고, 천식 치료제로서의 가능성을 보기로 하였다. 연구 재료 및 방법 : 8주된 BALB/c 마우스 암컷에 난알부민을 복강내 주사하여 감작시킨 후, 난알부민을 네뷸라이저로 흡입시켜 기도의 염증반응을 유발하였다. 이 때 복강내 주사 시기와 네뷸라이저 흡입기간을 달리하여 급성 기도염증 모델과 만성 기도염증 모델을 나누어 유도하였고, 각 모델에서 염증세포 침윤과 사이토카인의 변화를 비교하였다. IL-9가 특히 만성 기도염증 모델에서 현저히 증가하는 양상을 보였기 때문에, 만성 기도염증 모델을 3 그룹으로 나누어 실험하였다. 난알부민을 흡입하는 동안 항 IL-9 항체를 처치한 실험군과, 항 IL-9 항체 대신면역글로블린 G 동종형 항체를 처치한 항체대조군, 그리고 난알부민을 감작시키기는 했으나 난알부민 대신 인산염완충식염수를 흡입시켜 기도염증을 유발시키지 않은 정상대조군에서 기관지폐포세척액과 폐조직을 채취하였다. 혈수계산기를 통해 총 세포수와 백혈구 감별계산을 하였고, 유세포분석기를 통해 호산구, 호중구, 호염기구와 비만세포, B 세포, T세포의 변화를 관찰하였다. ELISA를 통해 IL-4, IL-5, IL-9, IL-17, IFN-γ와 IgE의 변화를 비교하였다. 폐 조직검사에서 Hematoxylin & eosin (H&E) 염색으로 염증세포의 침윤 정도를 관찰하고 이를 inflammatory index로 반정량화하였으며, Periodic acid-Schiff (PAS) 염색으로 점액과, Sirius Red 염색으로 콜라겐을 염색하여 각각 mucus index와 collagen index를 측정하였다. 결과 : 급성 천식 모델과 만성 천식 모델을 비교했을 때, IL-4, IL-5, IgE는 두 모델 모두에서 증가하였지만, IL-9, IL-17, IFN-γ는 만성 모델에서만 현저하게 증가하였다. 만성 천식 모델의 실험군에서 채취한 기관지폐포세척액에서는 호산구, 호중구, B 세포, 비만세포 및 호염기구가 의미 있게 감소하였고, T 세포 중에서는 Th9과 Th17 세포가 감소하였다. 사이토카인 중에서는 IL-5, IL-9, IL-17 이 크게 감소하였으며, 총 IgE도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 실험군의 폐 조직검사에서는 inflammatory index, mucus index, collagen index 모두가 항체대조군에 비해 의미 있게 감소하는 양상을 보였다. 결론 : 항 IL-9 항체는 기도의 만성염증에 관여하는 비만세포, Th17 세포, B 세포의 증식과 IgE를 포함한 여러 사이토카인의 분비를 억제하고, 호산구, 호중구와 같은 염증 세포의 기도 침윤을 감소시킨다. 이로 인해 기도에는 만성 염증 반응이 줄어들고, 술잔세포화생과 상피하섬유화가 개선되어 기도개형이 억제된다. 이러한 항 IL-9 항체의 역할은 난치성 천식에서 문제가 되는 조절되지 않는 만성 염증과 기도 개형을 호전시킬 수 있으므로, 새로운 천식 치료약제로서 많은 연구가 향후에 필요할 것이다.;Introduction : Inhaled steroid is considered as the most valuable anti-inflammatory agent, but some patients have suffered from treatment-resistant asthma due to airway remodeling. IL-9 has pleiotropic effects on inflammatory cells and airway structural cells which are involved in asthma pathogenesis. IL-9 In this study, we evaluated the effects of IL-9 blockade in chronic airway inflammation and airway remodeling. Methods and Materials : BALB/c mice were sensitized to ovalbumin to induce acute and chronic inflammation. In chronic asthma model, mice were treated with anti–IL-9 antibody or control IgG. Bronchoalveolar lavage fluid and lung tissue were obtained for measurement of inflammatory cells and cytokines. Results : Level of IL-9 increased only in the chronic model. IL-9 blockade suppressed pulmonary infiltration of inflammatory cells, goblet cell metaplasia, and subepithelial fibrosis. There was a decrease in eosinophils, neutrophils, B cells and mast cells as well as IL-9 secreting T cells and Th17 cells in bronchoalveolar lavage. We detected inhibition of total IgE and cytokines including IL-5, IL-9, and IL-17. Conclusion : Our data suggest that anti-IL-9 antibody treatment inhibits pulmonary infiltration of inflammatory cells and their release of cytokines. These changes may lead to prevention of airway remodeling in asthmatic patients. In the future, anti-IL-9 antibody can be a new therapeutic tool for asthma.