Investigation of Cardiotoxicity Induced by a Novel SARS-CoV-2 mRNA Vaccine in an STZ-Induced Type 1 Diabetes Mouse Model = STZ 유도 제1형 당뇨 마우스 모델을 활용한 SARS-CoV-2 mRNA 백신 후보의 잠재적 심장독성 위험 연구

국문 초록 (Abstract)

mRNA 백신은 COVID-19 팬데믹 극복에 핵심적인 역할을 해왔으나, 기저질환을 가진 집단에서의 부작용에 대한 연구는 아직 제한적입니다. 특히 심장 손상을 포함한 이상 반응은 건강한 사람에게서도 다양하게 나타날 수 있으며, 이미 염증이 활성화되어있는 당뇨환자에게서는 증폭된 반응으로 이어질 수 있습니다. 본 연구에서는 새로운 SARS-CoV-2 mRNA 백신 후보물질인 CUK3-1/LNP128을 투여한 후, vehicle(Veh) 투여군과 streptozotocin(STZ)으로 유도한 제1형 당뇨병 마우스 모델을 비교하여 전반적인 독성 프로파일을 평가하고, 기저 질환 존재 시 추가적인 부작용 발생 가능성을 탐색하고자 하였습니다. Flow cytometry, enzyme-linked immunosorbent assay, enzyme-linked immunospot 결과, 두 군 모두에서 Th1 및 세포독성 T세포 반응이 유사하게 활성화됨을 확인하였습니다. 혈액학적 분석에서는 접종 후 호중구 수 증가와 림프구 수 감소가 관찰되었으며, 두 군 간 유의한 차이는 없었습니다. 혈청생화학적 분석 결과, STZ군에서는 aspartate aminotransferase와 lactate dehydrogenase 수치가 상승하여 심독성 가능성을 시사하였습니다. 이와 더불어 백신 접종 후 Veh군과 STZ군 모두에서 심근 손상의 지표인 c-Troponin-I 수치가 증가하였고, STZ군에서 그 상승폭이 더 뚜렷하였습니다. 이와 함께, 지질과산화 지표인 malondialdehyde 수치 증가 및 4-hydroxynonenal 면역반응성 증가가 관찰되어, 백신 접종 후 STZ군에서 산화스트레스가 유의하게 증가하였음을 시사하였습니다. 특히, 백신을 투여한 STZ군의 심장 조직에서는 COX2, NF-κB, p-NF-κB, TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-12α 단백질 발현이 대조군 대비 유의하게 증가하여, CUK3-1/LNP128이 제1형 당뇨병 상태에서 심독성을 악화시킬 수 있음을 시사하였습니다. 또한, 혈청 생화학 분석에서 백신 접종 후 STZ군에서는 혈당이 유의하게 감소하는 양상이 관찰되어, 제1형 당뇨병 상태에서 백신이 당 조절에 영향을 미칠 가능성이 제기되었습니다. 이러한 결과는 CUK3-1/LNP128이 제1형 당뇨병 환자군에서 심혈관계 및 대사 부작용을 야기할 수 있음을 시사하며, 해당 환자군에서 추가적인 이상 반응을 면밀히 모니터링할 필요성을 강조합니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Although mRNA vaccines have played a crucial role in controlling the COVID-19 pandemic, investigations into their potential adverse effects remain insufficient. Reported side effects vary widely, including cardiac injury, and diabetic populations may exhibit distinct or exaggerated responses due to their pre-activated inflammatory state. In this study, we evaluated the overall toxicity profile of a novel SARS-CoV-2 mRNA vaccine candidate, CUK3-1/LNP128, in the context of an underlying disease, by comparing vehicle (Veh) and streptozotocin (STZ)-induced type 1 diabetes mellitus mouse models. The study also aimed to identify any additional adverse effects associated with preexisting disease conditions. Flow cytometry, enzyme-linked immunosorbent assay, and enzyme-linked immunospot analyses revealed comparable activation of Th 1 and cytotoxic T-cell responses in both groups. Hematological analysis demonstrated post-vaccination increases in neutrophil counts and decreases in lymphocyte counts, with no significant intergroup differences. Notably, vaccinated STZ mice exhibited a marked decrease in blood glucose levels following immunization, indicating altered glycemic control in the diabetic condition. Additionally, aspartate aminotransferase and lactate dehydrogenase levels were elevated in STZ mice, suggesting potential cardiotoxicity. Both Veh and STZ mice displayed elevated levels of cardiac troponin I, indicative of myocardial damage, which was more pronounced in the STZ group. Furthermore, in parallel with elevated malondialdehyde levels and 4-hydroxynonenal immunoreactivity, vaccinated STZ mice exhibited significantly higher cardiac expression of COX2, NF-κB, p-NF-κB, TNF-α, IL-1β, IL-6, and IL-12α compared with controls. Collectively, these results suggest that CUK3-1/LNP128 may aggravate cardiotoxic responses in T1DM, underscoring the importance of vigilant monitoring for additional adverse effects in diabetic populations.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• Table of Contents ⅲ
• List of Abbreviation ⅳ
• List of Figures ⅵ
• List of Tables ⅸ
• Introduction 1
• Materials and Methods 17
• Results 32
• Discussion 70
• Conclusion 80
• References 83
• Abstract in Korean 90