간 대식세포 매개 비알코올성 지방간 유도 기전 규명

한국과학기술원 정원일 교수

Kim SY, Jeong JM, Kim SJ, Seo WH, Kim MH, Choi WM, Yoo WB, Lee JH, Shim YR, Yi HS, Lee YS, Eun HS, Lee BS, Chun KS, Kang SJ, Kim SC, Gao B, Kunos G, Kim HM, Jeong WI. (2017) “Pro-inflammatory hepatic macrophages generate ROS through NADPH oxidase 2 via endocytosis of monomeric TLR4–MD2 complex.” Nat. Commun., Published online: 21 December 2017, 8, Article number: 2247, doi:10.1038/s41467-017-02325-2

1. 연구배경

지방간(hepatic steatosis, fatty liver)은, 알코올로 유도되는 알코올성 지방간(alcoholic hepatic steatosis)과 그 외의 원인에 의해 발병하는 비알코올성 지방간(nonalcoholic hepatic steatosis)으로 크게 나누어지는데, 이 중 비알코올성 지방간이란 술을 전혀 마시지 않거나 아주 소량 마심에도 불구하고 술을 많이 마시는 사람과 마찬가지로 간에 지방이 과량 축적되는 질환을 일컫는다. 염증을 동반하지 않는 단순 지방간을 시작으로 지방간염, 간섬유화/간경변, 나아가 간암에 이르기까지 다양한 간 손상의 시발점이 될 수 있는 질병으로서, 식이 조절과 운동 또는 적절한 치료 등으로 간을 다시 정상 상태로 되돌릴 수 있는 간질환의 분수령에 해당하므로, 지방간의 발병 기전, 치료 및 예방 타겟 발굴이 대단히 중요한 의미를 가진다고 볼 수 있다.

비알코올성 지방간과 공존하는 산화 스트레스(oxidative stress)와 염증반응(inflammatory response)에 대해서는 많은 연구자들이 이미 주목하고 있고, 본 연구팀은 이들의 연관관계에 집중하고, 대사 면역학적 관점(ImmunoMetabolic Aspects)으로 연구를 수행하였다.

그림 1. 포화지방산에 의한 마우스의 CD11b+F4/80low 대식세포 또는 사람의 CD68lowCD14high 대식세포의 활성산소 발생기전과, 그에 따른 산화 스트레스와 염증반응이 비알코올성 지방간의 발병 및 진행에 미치는 영향에 대해 규명함.

2. 연구내용

1) 간내 침윤성 대식구에 의한 ROS발생 확인

비알코올성 지방간의 발생에서 공존하는 산화스트레스와 염증반응에 대해서 많은 연구자들이 연구해오고 있었고 특히, 다양한 면역세포에의 반응에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구팀은 간내 상주하는 대식세포인 쿠퍼세포(resident Kupffer cell)과 혈관으로부터 침윤하는 대식세포(Infiltrated macrophage)로 세분화하여 그 표현형의 차이를 분석하였다. 이 과정에서, 침윤 대식세포가 NADPH oxidase 2 (NOX2) 유래 활성산소(ROS)를 통한 지방간 발생에 아주 중요한 역할수행을 보고하였다 (그림 2).

그림 2. 두 가지 간 대식세포에서 고지방 식이 급여 시 발생하는 활성산소(ROS)의 발생 차이 비교

2) 포화지방산에 의한 TLR4-NOX2 내포작용 매개 ROS 발생 확인

뿐만 아니라, 침윤성 대식세포에서 포화지방산(팔미트산, palmitate)에 의해 직접적으로 NOX2의 활성이 유도될 뿐만 아니라 톨 유사 수용체(Toll-like receptor 4; TLR4)를 동반한 세포내 이입(endocytosis)이 관찰되었다. 또한 palmitate 처리 후 TLR4와 이웃하여 세포내로 들어가는 NOX2는 Dynasore (Dynamine inhibitor)를 통해 TLR4/NOX2의 endocytosis가 특이적으로 억제됨이 발견되었고 이와 동반하여 ROS의 활성도 감소함을 밝혔다 (그림 3).

그림 3. Palmitate에 의한 TLR4, NOX2의 endocytosis

3) Monomeric TLR4-MD2와 결합하는 포화지방산 규명

또한 포화지방산과 TLR4 복합체의 직접 결합에 대한 연구가 타 연구진에 의해 보고되었으나 TLR4와 어떻게 결합하는지 규명된 바 없음. 본 연구에서 LPS에 의해 유도되는 일반적인 TLR4의 이량체 형성(dimerization) 및 하위 Myd88과 Trif를 통한 염증신호 전달 기전과 달리, 포화지방산인 palmitate는 monomeric TLR4-MD2와 결합체를 형성하고 NOX2와 동시에 내포작용을 거쳐 ROS를 생성한다는 사실을 젤 여과 크로마토그래피(Gel Filtration Chromatography) 실험기법에 의해 새롭게 밝혔다 (그림 4).

그림 4. Palmitate에 의한 TLR4-MD2 복합체의 결합의 증명 및 모식도

3. 기대효과

본 연구는 비알코올성 지방간 발생에서 간내로 침윤하는 대식세포(infiltrated macrophage)가 주로 ROS를 생성하며, 이는 과량의 포화지방산이 대식세포의 톨 유사 수용체 (TLR4-MD2) 복합체와 직접 monomeric 결합하여 세포내로 이입되며, 동시에 NADPH oxidase 2 (NOX2)를 자극하여 활성산소를 발생시키고 최종적으로 간 내 염증반응 및 지방 축적을 촉진함을 확인하였다. 이는 그람 음성균 유래 리포다당체 (LPS) 매개 TLR4의 잘 알려진 염증반응(cannonical pathway)과 달리, 포화지방산에 의해서는 톨 수용체가 이량체를 형성하지 않는 차별화된 과정을 거침을 새로이 밝힌 것으로, 간내 지방의 축적시 대식세포의 염증 유발기전을 새롭게 규명함에 의의가 있다. 이 결과는 비알코올성 지방간, 지방간염의 치료 및 예방 타겟으로 이용될 수 있으며, 크게는 대식세포로 말미암은 다양한 간질환 예방 및 치료에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌
Wang Y, Qian Y, Fang Q, Zhong P, Li W, Wang L, Fu W, Zhang Y, Xu Z, Li X, Liang G. (2017). “Saturated palmitic acid induces myocardial inflammatory injuries through direct binding to TLR4 accessory protein MD2”. Nat. Commun., 2017 Jan 3;8:13997. doi: 10.1038/ncomms13997