Gut-liver axis를 통한 비알코올성 지방간 생성과정에서 NADPH oxidase 2 기능 연구

Abstract

Endotoxemia와 dysbiosis가 유발되면 장의 permeability가 증가하여 장 내에 존재하는 microbial debris가 혈중으로 유출되어 혈중에 lipopolysaccharide (LPS)가 존재하고 이로 인해 간, 심장, 신장 등의 다른 조직에 낮은 수준의 염증 반응이 일어난다. 최근 장과 간이 portal vein을 통해 서로 상호작용함을 보이는 연구가 활발히 이루어지고 있고 장의 건강이 간의 건강에 영향을 미침을 의미하는 용어로 ‘gut-liver axis’가 만들어졌다. 고지방 식이를 한 숙주의 체내에는 endotoxemia가 유발되고 해로운 bacteria가 늘어날 수 있는 microenvironment가 형성된다. 이어서 장 내 LPS와 해로운 bacterial products는 portal vein을 통해 간으로 전달되어 간의 염증과 섬유증을 유발한다. 최근, Nox2에서 발생한 활성산소가 간의 염증과 연관이 있음이 밝혀지고 있다. 하지만, Nox2에 의해 생성되는 활성산소와 endotoxemia와 dysbiosis의 유발 사이에 어떠한 분자적 기전이 있는지는 밝혀진 바가 없다. 해당 논문은 endotoxemia와 dysbiosis가 유발되어 gut-liver axis를 통해 간의 염증과 섬유증으로 이어지는 과정에 Nox2가 관여함을 보이고자 한다. Endotoxemia와 dysbiosis가 유발되는 과정에서 Nox2의 기능을 밝히기 위해, WT인 쥐와 Nox2 유전자가 결손 된 쥐에 24주 동안 고지방 사료를 먹였고 혈중 LPS의 농도를 측정하였다. 혈중 LPS는 고지방 사료를 먹인 WT 쥐에 비해 고지방 사료를 먹인 Nox2 유전자 결손 쥐에서 현저히 감소했다. 다음으로 해당 논문은 고지방 사료를 먹인 WT 쥐와 Nox2 유전자 결손 쥐에서 간의 염증과 섬유증이 유발된 정도를 알아보았다. WT 쥐는 고지방 사료를 먹였을 때 간 조직에 steatosis가 유발되고, F4/80 대식세포의 발현, 염증성 cytokine의 분비, α-SMA의 발현이 증가했지만 Nox2 유전자 결손 쥐는 고지방 사료를 먹여도 이러한 간 손상이 유도되지 않은 결과를 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 Nox2 유전자 결손 쥐에서 혈중 LPS 농도가 증가하지 않아 간의 염증과 섬유증이 완화되었음을 확인할 수 있었다. 다음으로 해당 논문은 고지방 사료를 먹인 WT 쥐와 Nox2 유전자 결손 쥐의 feces를 가지고 RNA sequencing 분석을 수행하여 장 내 microbial population을 보였다. 그 결과, 기존 연구를 통해 비만을 유발한 쥐에서 증가하는 것으로 알려진 microbe인 Firmicutes, Phocea, Pseudoflavonifractor, Acetatifactor 와 기존 연구를 통해 NAFLD 환자에서 증가하는 것으로 알려진 microbe인 Clostridium, Lactobacillus, Roseburia 와 gram-negative microbe인 Desulfovibrio가 고지방 사료를 먹인 WT 쥐에 비해 고지방 사료를 먹인 Nox2 유전자 결손 쥐에서 증가하는 정도가 적은 것을 확인하였다. 더하여 기존 연구를 통해 NAFLD 환자에서 감소하는 것으로 알려진 Alistipes와 gram-positive microbe인 Kineothrix, [Ruminococcus]gnavus가 고지방 사료를 먹인 WT 쥐에 비해 고지방 사료를 먹인 Nox2 유전자 결손 쥐에서 감소하는 정도가 적은 것을 확인하였다. 위 결과들을 바탕으로, Nox2가 microbial composition의 변화와 endotoxemia의 유발을 조절함으로써 NAFLD가 발병하는 과정에 관여함을 제시하고자 한다.;Endotoxemia and dysbiosis allows serum lipopolysaccharide (LPS) through increasing permeability of intestinal microbial debris and stimulates a low grade inflammation of various tissues such as liver, heart and kidney. Recently, research has been actively conducted on the interact ion between the gut and the liver through portal vein, and the term “gut liver axis” was created as a term meaning that the health of the gut affects the health of the liver. In the body of a high fat diet (HFD) host, endotoxemia is induced and microenvironment is formed to increase harmful bacteria. Subsequently, LPS and harmful bacterial products in the gut are delivered to the liver through portal vein, causing inflammation and fibrosis of the liver. Recently, NADPH oxidase 2 (Nox2) mediated reactive oxy gen species (ROS) are involved in hepatic inflammation. However, no molecular connection between Nox2 mediated ROS and induction of endotoxemia and dysbiosis has been reported. Here, we show that Nox2 is involved in the process leading to inflammation and fibrosis of the liver through the gut liver axis due to induction of endotoxemia and dysbiosis. To validate the function of Nox2 in endotoxemia and dysbiosis , WT and Nox2 KO mice were applied into HFD for 24 weeks and measured serum LPS. Serum LPS were significantly decreased in Nox2 KO mice in HFD, compared with WT. We then investigated hepatic inflammation and fibrosis WT and Nox2 KO mice with HFD. The generation of steatosis, infiltration of F4/80 macrophage, secretion of inflammatory cytokines and expression of α SMA was increased in liver tissues from WT with HFD, whereas the Nox2 deficient liver tissues failed to induce them, indicating that a low level o f serum LPS in Nox2 KO mice attenuates hepatic inflammation and fibrosis. Next we investigated intestinal microbial populations using RNA sequencing of f e ces from WT and Nox2 KO mice with HFD. Level of obesity associated microbe, Firmicutes , Phocea , Pseu doflavonifractor and Acetatifactor was increased in WT with HFD, whereas the microbe population was attenuated in Nox2 KO mice. Moreover, populations of NAFLD associated microbes such as Clostridium, Lactobacillus, Roseburia and Desulfovibrio which is Gram-negative microbe were suppressed in Nox2 KO mice with HFD. F urthermore, Alistipes which is decreased in NAFLD patients, Kineothrix and [Ruminococcus]g navus which are gram positive microbe were increased in Nox2 KO mice with HFD. Taken together, Nox2 regulates the progression of NAFLD through concerning in microbial composition and i nduction of endotoxemia.