마우스 모델에서 연령과 생활방식이 인플라마좀 활성화 경로에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

노화는 만성 저등급 염증과 선천면역 기능 저하를 동반하며, 이는 세균감염에 대한 감수성을 증가시키는 주요 요인으로 알려져 있다. 특히 인플라마좀(inflammasome)은 병원체 인식과 염증성 사이토카인 성숙을 매개하는 핵심 신호 복합체로, 노화 과정에서 활성의 변화가 감염 취약성과 직접적으로 연관될 수 있다. 본 연구에서는 청년기(2–4개월령), 성년기(5–7개월령), 중년기(10–14개월령) 및 노년기(20개월령 이상) 마우스(C57BL/6)를 이용하여 복강 대식세포와 골수 유래 대식세포(bone marrow-derived macrophage, BMDM)에서 노화가 NLR family pyrin domain containing 3 (NLRP3), Absent in Melanoma 2 (AIM2), NLR family CARD domain containing 4 (NLRC4), 그리고 non-canonical (NC) 인플라마좀 경로에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다.
그 결과, 노년기 마우스의 복강 대식세포에서는 interleukin (IL)-1β와 caspase-1의 분비가 저하되었으며, 인플라마좀 활성화는 모든 경로에서 현저하게 감소하였다. 반면 동일 개체의 골수세포로부터 분화한 BMDM에서는 연령에 따른 활성 저하가 관찰되지 않았다. 이는 노화된 대식세포의 기능 저하가 세포 자체의 비가역적 노화로 인한 변화라기보다, 조직 미세환경과 분화 조건의 변화에 의해 조절되는 가역적 기전일 가능성을 시사한다.
또한 식이 제한(caloric restriction)은 NLRP3 인플라마좀 경로에서 선택적으로 활성 증가를 유도하였으며, ATP와 rotenone 자극 시 IL-1β 분비가 증가하였다. 식이 제한을 적용한 청 년기 마우스의 복강 대식세포에서는 미토콘드리아 활성산소(reactive oxygen species, ROS) 생성 증가와 K⁺ efflux 증가가 확인되었고, NLRP3 및 thioredoxin-interacting protein (TXNIP)과 항산화 관련 인자의 발현도 상승하였다. 반면 AIM2, NLRC4 및 NC 인플라마좀 센서의 발현에는 유의한 변화가 나타나지 않았다. BMDM은 식이 제한이 인플라마좀 활성화에 거의 영향을 미치지 않았다.
지질다당류(Lipopolysaccharide, LPS) 유도 패혈증 및 세균 감염(Listeria monocytogenes [LM], Salmonella Typhimurium [ST]) 마우스 모델 분석 결과, 노년기 마우스는 청년기에 비해 LPS 및 ST 자극 시 IL-1β를 포함한 주요 염증성 사이토카인(IL-18, Tumor necrosis factor [TNF-α], IL-6 등)의 분비가 전반적으로 증가하여, 노화된 개체가 감염 시 과도한 염증 반응을 보였다. 식이 제한은 LPS 복막염 및 ST 감염 모델에서 IL-1β 분비를 억제하고 항염증 사이토카인인 IL-10 분비를 증가시켜 과도한 염증 반응을 완화했다. 종합하면, 본 연구는 노화에 따른 인플라마좀 활성화 저하가 세포 내 대사 상태와 조직 환경 변화에 의해 결정되는 복합적 면역조절 현상임을 보여주며, 식이 제한이 NLRP3 인플라마좀 경로를 중심으로 노화된 선천면역 반응을 선택적으로 회복할 수 있는 가능성을 제시한다. 이러한 결과는 노화로 인한 감염 취약성과 염증노화(inflammaging)의 병태생리를 이해하고, 대사 기반 면역 항노화 전략 개발에 중요한 근거를 제공할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• 약어 목록
• 표 목록
• 그림 목록
• 서론 1
• 1. 노화 1
• 2. 염증 3
• 3. 인플라마좀 4
• 4. 항노화 전략 13
• 5. 연구의 필요성 및 목적 17
• 재료 및 방법 18
• 1. 실험동물 18
• 2. 세포 배양 23
• 3. 면역블로팅 24
• 4. 미토콘드리아 ROS 생성, 세포 내 이온, 사이토카인 측정 25
• 5. Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) 26
• 6. 통계 분석 27
• 결과 30
• 1. 노화에 따른 복강 대식세포에서 NLRP3 인플라마좀 활성화 감소 30
• 2. 노화에 따른 복강 대식세포에서 AIM2, NLRC4, 비정형 인플라마좀 활성화 감소 34
• 3. 복강 대식세포의 사이토카인 분비에서 노화 영향 38
• 4. 운동은 복강 대식세포, 비장세포, 지방유래 중간엽줄기세포에서 인플라마좀 활성화 조절을 보이지 않음 41
• 5. 운동은 복강 대식세포의 사이토카인 발현에 영향을 주지 않음 45
• 6. 항생제를 통한 장내세균총 변화와 인플라마좀 활성화 조절 48
• 7. 청년기 마우스 유래 복강 대식세포에서 식이 제한 유발 NLRP3 인플라마좀 활성화 증가 51
• 8. 청년기 마우스에서 식이 제한은 NLRP3 인플라마좀 활성화 구성 단백질 발현을 증가시킴 55
• 9. 식이 제한의 청년기 마우스 복강 대식세포 NLRP3 인플라마좀 활성화 증가 기전 59
• 10. 식이 제한은 청년기 마우스 복강 대식세포의 AIM2, NLRC4, 비정형 인플라마좀 활성화에 영향을 주지 않음 62
• 11. 식이 제한이 청년기 골수 유래 대식세포 인플라마좀 활성화에 영향을 미치지 않음 65
• 12. 식이 제한 노년기 마우스에서 인플라마좀 활성화의 변화 68
• 13. 식이 제한은 노년기 복강 대식세포의 NLRP3 인플라마좀 발현을 증가시킴 71
• 14. 식이 제한의 노년기 마우스 복강 대식세포에서 ROS와 K efflux 경로를 통한 인플라마좀 활성화 증가 74
• 15. 식이 제한 노년기 마우스에서 채취한 복강 대식세포에서 AIM2, NLRC4, NC 인플라마좀 활성화 감소 77
• 16. 마우스 복강 대식세포의 패턴인지 수용체 및 항염증 반응 변화와 식이 제한의 영향 81
• 17. 식이 제한은 LPS, Listeria monocytogenes, Salmonella Typhimurium 복막염 모델에서 염증 항상성을 회복시킴 84
• 고찰 89
• 참고문헌 100
• Abstract 111