Evaluation of the anti-malarial effect of Ranunculus japonicus and immune responses induced by variant interspersed repeats antigens against malaria|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

말라리아는 말라리아 원충이 감염된 학질모기에 의해 인간에게 전파되는 벡터 매개 감염병이다. 세계보건기구에 따르면 현재 세계 인구의 절반이 말라리아 감염의 위험에 노출되어 있으며, 특히 열대열말라리아의 경우, 아프리카의 어린이 환자군에서 높은 치사율을 보이고 있다. 말라리아의 박멸을 위해서 반드시 선행되어야 하는 효과적인 치료제와 예방백신의 개발이 여전히 과제로 남아 있다. 따라서, 본 논문에서는 말라리아 치료약물 후보물질을 발굴하기 위해 허브의 일종인 미나리아재비 추출물의 항말라리아 효과를 평가하고, 백신 후보물질 발굴의 기초자료를 마련하기 위해 말라리아 백신 후보물질에 의해 유도되는 숙주 면역반응을 조사하였다.
미나리아재비는 중국 전통 의학에서 말라리아를 포함한 다양한 질병을 치료했다는 보고가 있으나, 아직까지 실험적 연구보고는 없었다. 따라서, 본 연구에서 in vitro와 in vivo에서 미나리아재비의 항말라리아 효과를 다음과 같이 입증하였다. 먼저, 미나리아재비의 어린 줄기 추출물은 in vitro에서 클로로퀸 민감성 및 내성 열대열말라리아 원충의 성장을 모두 유의하게 억제했다. 또한, 말라리아에 감염된 마우스에 미나리아재비 추출물을 경구투여 했을 때, 높은 말라리아 치료효과와 함께 간, 신장, 혈액 수치의 개선 및 높은 생존율을 확인할 수 있었다.
다음으로, VIR(variant interspersed repeats)의 백신 항원 후보 가능성을 조사하기 위해, 한국의 삼일열말라리아 환자 681명을 대상으로 VIR 단백질에 대한 자연획득 면역반응과 감염 단핵세포에 항원을 처리한 세포 면역반응을 평가하였다. 자연획득 면역반응에서는 환자군의 52.4%에서 VIR 단백질 특이 IgM 또는 IgG가 검출되었고, 항원 VIR25는 환자군의 27.8% 및 29.2%에서 IgG 및 IgM 반응이 관찰되었다. 세포 면역반응에서는 VIR-C2와 PvLP2에서 대조군인 MSP1-19와 비교하여 높은 세포활성화를 보였고, 또한 IL-2, IL-6, IL-10, G-CSF의 분비를 유도하고 있음을 확인하였다.
결론적으로, 미나리아재비는 in vitro 및 in vivo 모두에서 뚜렷한 독성없이 높은 항말라리아 효과를 보였으며, 이는 현재 항말라리아 약물로 널리 사용되고 있는 아르테미시닌의 원재료인 Artemisia annua L. (Qinghao) 추출물이 개발 초기에 12-40%의 말라리아 원충 억제 효과를 보였던 것을 고려할 때, 주목할 만한 결과다. 또한, 삼일열말라리아에 감염된 한국 말라리아 환자에서 VIR 항원에 대한 자연적 항체 획득 및 세포 면역반응이 관찰되었으며, 그 결과는 다른 국가에서 확인된 결과와 유사했다. 이는 VIR 유전자의 높은 유전적 다양성에도 불구하고 VIR 항원에 대한 면역반응이 여러 국가의 말라리아 원충 사이에서 보존되고 있다는 점에서 매우 흥미롭다.

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말라리아는 말라리아 원충이 감염된 학질모기에 의해 인간에게 전파되는 벡터 매개 감염병이다. 세계보건기구에 따르면 현재 세계 인구의 절반이 말라리아 감염의 위험에 노출되어 있으며,...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Malaria is among the most severe vector-borne infections; the disease ensues upon transferring Plasmodium sporozoites from infected Anopheles mosquitoes to human targets. According to the World Health Organization (WHO), half of the world’s population is currently at risk of malaria with high morbidity and mortality, and malaria remains a major challenge for healthcare providers. To control this threatening disease, accurate diagnostic tools, effective regimens, and preventive vaccines would be necessitated. Therefore, to improve the control strategy for malaria elimination, this thesis evaluated the anti-malarial effects of herb extract to discover anti-malarial drug candidates and host immune responses induced by malaria vaccine candidates.
Following a brief description of malaria in Chapter I, Chapter II identified Ranunculus japonicus as the novel anti-malarial candidate, which has been used to treat various diseases as traditional Chinese medicine. First, the anti-malarial activity of the extract of the young stem of R. japonicus was evaluated in vitro using chloroquine-sensitive (3D7) and chloroquine-resistant (Dd2) strains, and then, in vivo activity was evaluated in Plasmodium berghei (P. berghei)-infected mice via oral administration followed by a 4-day suppressive test focused on biochemical and hematological parameters. Exposure to extracts of R. japonicus resulted in significant inhibition of both chloroquine-sensitive (3D7) and resistant (Dd2) strains of P. falciparum. Administrating R. japonicus also resulted in potent anti-malarial activity against P. berghei in infected mice with no associated toxicity; treatment also resulted in improved hepatic, renal, and hematological parameters.
In Chapter III, to investigate the potential of variant interspersed repeats (VIR) as a vaccine candidate, the naturally acquired immune response to VIR proteins has been evaluated in vivax malaria-infected individuals in the Republic of Korea. In 681 P. vivax-infected people, IgM or IgG was detected in 52.4% of the population. Among the VIR antigens, seven recombinant VIR proteins and two synthetic peptides, VIR25 elicited the highest humoral immune response in the whole population with IgG and IgM prevalence of 27.8% and 29.2%, respectively. In contrast, PvMSP1-19 elicited an even higher prevalence (92%) of IgG in the population. As for the cellular immune response, VIR-C2, PvLP2, and PvMSP1-19 induced high cell activation and secretion of IL-2, IL-6, IL10, and G-CSF in mononuclear cells from the P. vivax-infected population, comparable with results from PvMSP1-19. However, no significant proliferation response to these antigens was observed between the malaria-infected and healthy groups.
Conclusively, the anti-malarial effects of R. japonicus were found both in vitro and in vivo with no evident toxicity, which is noteworthy considering that artemisinin, the current critical anti-malarial drug, began with the observation of only 12% – 40% parasite growth inhibition in vitro with an extract of Artemisia annua L. (Qinghao). Furthermore, moderate natural acquisition of antibody and cellular responses against VIR antigen as observed in P. vivax-infected Korean malaria patients, similar to that in other countries. Interestingly, the immune response to VIR antigens is conserved among malaria parasites in different countries, considering that VIR genes are highly polymorphic.

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목차 (Table of Contents)

Abstract ...........................................................................................................i
Abstract in English.......................................................................................i
Abstract in Korean.....................................................................................iv
Chapter I: General introduction of malaria .....................................................1

Abstract ...........................................................................................................i
Abstract in English.......................................................................................i
Abstract in Korean.....................................................................................iv
Chapter I: General introduction of malaria .....................................................1
I-1. Origin and history................................................................................1
I-2. Human malaria .....................................................................................1
I-3. Life cycle of malaria parasites............................................................5
I-4. Symptoms and pathophysiology of malaria .....................................10
I-5. Host defense ....................................................................................14
I-6. Treatment ........................................................................................15
I-7. References .......................................................................................17
Chapter II: Anti-malarial effect of the total glycosides of the medicinal plant,
Ranunculus japonicus....................................................................................25
II-1. Abstract ............................................................................................25
II-2. Introduction.......................................................................................26
II-3. Materials and methods .....................................................................27
II-4. Results ..............................................................................................37
II-5. Discussion.........................................................................................51
II-6. References........................................................................................58
Chapter III: Humoral and cellular immune response to Plasmodium vivax VIR
recombinant and synthetic antigens in individuals naturally exposed to P.
vivax in the Republic of Korea .....................................................................62
III-1. Abstract...........................................................................................62
III-2. Introduction .....................................................................................64
III-3. Materials and methods ....................................................................67
III-4. Results .............................................................................................77
III-5. Discussion........................................................................................89
III-6. References.......................................................................................93

참고문헌 (Reference)

1. Renal failure in malaria ., Das , B.S, 45 , 83-97 ., , 2008

2. R.N .. Regulation of Tissue Oxygenation :, Pittman, , 2011

3. Side effects of quinine and derivatives ., L'Estrange Orme M, 55:77-86, , 1987

4. A brief History of Quinoline as Antimalarial Agents, Singh SK , Singh S, 50:295-302, , 2014

5. Compilation of the National Chinese Herbal Medicine, Xie , Z.W, 201, , 1996

6. Pinkoski M. Activation-induced cell death in T cells, Green DR , Droin N, 193:70-81, , 2003

7. Artemisinin-based combination treatment of falciparum malaria, Nosten F , White NJ, 77 ( 6 Suppl ) :181-92 ., , 2007

8. Evolutionary and historical aspects of the burden of malaria ., Carter R , Mendis KN, 15 ( 4 ) :564-594 ., , 2002

9. Musumeci S. The immune response to Plasmodium falciparum malaria, Malaguarnera L, 2:472-8, , 2002

10. History of discoveries of malaria parasites and of their life cycles, Garnham PC, 10 ( 1 ) :93-108 . PMID : 3045856 ., , 1988