골수유래 중간엽 줄기세포를 이용한 각막이식 면역억제요법 개발 = Mesenchymal Stem/Stromal Cells and Their Therapeutic Proteins to Improve Cornea Transplants

국문 초록 (Abstract)

1) 중간엽 줄기세포를 각막이식과 동시에 정맥투여하였을 때, 각막이식편의 거부 반응이 유의하게 감소하여 각막이식편의 생존율이 유의하게 증가하였음.
2) 이는 중간엽 줄기세포를 정맥투여하였을 때, 각막이식 후 이식편에서 초기 염증 반응이 유의하게 감소하고, 이식편과 draining 림프절에서 활성화된 antigen-presenting 세포의 수의 감소에 기인하였음.
3) 중간엽 줄기세포는 정맥투여 후 대부분 폐에 entrap 되고 각막에 도달하지 못하였지만, 중간엽 줄기세포는 폐에서 항염증 인자인 TSG-6 를 다량 분비하고 이 TSG-6 가 각막이식편의 거부반응을 억제하여 생존율을 증가시켰음.
4) 중간엽 줄기세포를 각막이식 7일전과 3일전에 정맥투여하였을 때, 각막이식편의 생존율이 유의하게 증가하였고, 각막이식편 내 염증 세포와 CD3 양성 T 세포의 침착이 유의하게 감소하였으며, 각막이식편 내 T 세포 유래 면역 사이토카인의 발현이 유의하게 감소하였음..
5) 중간엽 줄기세포를 각막이식 7일전과 3일전에 정맥투여하였을 때, 폐와 림프절과 혈액에 MHC IIhighB220highCD11b+F4/80+CD11clow 세포의 숫자가 증가하였고, 면역억제 싸이토카인인 IL-10 과 thrombospondin-1 의 농도가 증가하였음.
6) 중간엽 줄기세포의 전투여에 의해 증가된 폐의 MHC IIhighB220highCD11b+ 세포를 직접 다른 쥐에 투여하였을 때 동종각막 이식편의 생존율이 유의하게 증가하였고 각막이식편 내 T 세포 유래 면역 사이토카인 및 염증 싸이토카인의 발현이 유의하게 감소하였음.
7) 이러한 각막이식편의 생존율 증가와 거부반응 방지 효과는 MHC IIhighB220lowCD11b+를 전투여하였을 때에는 관찰되지 않아 MHC IIhighB220highCD11b+ 세포의 특성에 의함을 더불어 확인하였음.
8) 또한, 중간엽 줄기세포의 전투여에 의해 증가된 폐의 B220highCD11b+ 세포는 생체외에서 cD4 T 세포의 증식과 분화를 억제하였음.
9) TSG-6를 knockdown 시킨 중간엽 줄기세포는 폐에서 면역억제세포인 MHC IIhighB220highCD11b+ 세포를 증가시키지 못했고, TSG-6 단백질을 세포 대신 투여한 경우에도 MHC IIhighB220highCD11b+ 세포의 숫자가 증가하여, 중간엽 줄기세포의 작용은 중간엽 줄기세포가 분비하는 TSG-6 의 작용에 의해 매개됨을 확인하였음.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We here used a mouse model of corneal allotransplantation and demonstrated that peri-transplant intravenous (i.v.) infusion of human MSCs (hMSCs) decreased the early surgically induced inflammation and reduced the activation of antigen-presenting cells (APCs) in the cornea and draining lymph nodes (DLNs). Subsequently, immune rejection was decreased, and allograft survival was prolonged. Quantitative assays for human GAPDH revealed that <10 hMSCs out of 1 × 10(6) injected cells were recovered in the cornea 10 hours to 28 days after i.v. infusion. Most of hMSCs were trapped in lungs where they were activated to increase expression of the gene for a multifunctional anti-inflammatory protein tumor necrosis factor-α stimulated gene/protein 6 (TSG-6). i.v. hMSCs with a knockdown of TSG-6 did not suppress the early inflammation and failed to prolong the allograft survival. Also, i.v. infusion of recombinant TSG-6 reproduced the effects of hMSCs. Results suggest that hMSCs improve the survival of corneal allografts without engraftment and primarily by secreting TSG-6 that acts by aborting early inflammatory responses. Also, preinjection of hMSCs at days -7 and -3 before corneal allotransplantation significantly prolonged the survival of corneal allografts in mice, and suppressed immune mediated rejection. Analysis revealed that preinjection of hMSCs at days -7 and -3 induced a number of MHC IIhighB220highCD11b+ cells in lungs, peripheral blood, peripheral lymph node, and spleen. These MHC IIhighB220highCD11b+ cells suppressed CD4 T cell proliferation and differentiation in vitro. Adoptive transfer of MHC IIhighB220highCD11b+ cells reproduced the effects of hMSCs in prolonging corneal allograft survival. i.v. hMSCs with a knockdown of TSG-6 did not induce a significant number of MHC IIhighB220highCD11b+ cells in lungs, and infusion of recombinant TSG-6 protein increased the number of MHC IIhighB220highCD11b+ cells in lungs. Therefore, data indicated again that hMSCs suppressed immune reaction and increased the survival of corneal allografts in mice by inducing immunoregulatory macrophage population through secretion of TSG-6.