Korean J Gastroenterol Vol. 72 No. 4, 226-227 https://doi.org/10.4166/kjg.2018.72.4.226 pISSN 1598-9992 eISSN 2233-6869
RESEARCH UPDATE
Korean J Gastroenterol, Vol. 72 No. 4, October 2018 www.kjg.or.kr
비알코올성 지방간의 새로운 치료 표적: 염증성 대식세포의
Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase 2와 Reactive Oxygen Species
은혁수
충남대학교 의과대학 내과학교실
Novel Therapeutic Target of Non-alcoholic Fatty Liver Disease: Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase 2 and Reactive Oxygen Species in Pro-inflammatory Macrophages
Hyuk Soo Eun
Department of Internal Medicine, Chungnam National University College of Medicine, Daejeon, Korea
Article: Pro-inflammatory Hepatic Macrophages Generate ROS through NADPH Oxidase 2 via Endocytosis of Monomeric TLR4-MD2 Complex (Nat Commun 2017;8:2247)
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Copyright © 2018. Korean Society of Gastroenterology.
교신저자: 은혁수, 35015, 대전시 중구 문화로 282, 충남대학교 의과대학 내과학교실
Correspondence to: Hyuk Soo Eun, Department of Internal Medicine, Chungnam National University College of Medicine, 266 Munhwa-ro, Jung-gu, Daejeon 35015, Korea. Tel: +82-42-280-7418, Fax: +82-42-257-5753, E-mail: hyuksoo@cnuh.co.kr, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0485-0072
Financial support: None. Conflict of interest: None.
요약: 비알코올성 지방간 발생의 여러 원인들 중에서 염 증세포들에서의 활성산소종(reactive oxygen species)의 발생은 지방간 질환과 인슐린 저항성의 주요 원인들 중 하 나이다. 이들 활성산소는 대부분이 간으로 침윤된 대식세포 로부터 유래되는데 특히 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산염 산화효소(nicotinamide adenine dinucleotide phos- phate oxidase, NOX)에 의하여 주로 발현된다. 그중에서 도 간내 염증세포 내에서 NOX를 매개로 활성산소가 발생 할 수 있음은 잘 알려졌으나 어떤 세포에서 주로 활성산소 가 발생하는지와 어떠한 기전으로 NOX2가 지방간병증과 인슐린 저항성에 기여하는지에 관한 자세한 내용은 알려지 지 않았다. 본 연구에서는 NOX2를 발현하는 대표적인 간 내 염증세포들로서 호중구, 간내 거주 쿠퍼세포, 간으로 이 행한 대식세포 등 여러 세포 유형들 중에서, 주로 간으로 이행된 대식세포에서 NOX2를 매개로 활성산소를 생산하고
있다는 사실을 밝혀내었다. 이 같은 내용은 사람과 마우스 의 간내 면역세포들을 분리하여 활성산소를 측정할 수 있는 방법인 2,7-Dichlorodihydrofluorescein acetate (DCFDA) 를 이용하여 사람에서는 CD68highCD14low 쿠퍼세포가 아닌 CD68lowCD14high 대식세포에서 주로 활성산소를 발현하며, 마우스에서는 CD11b+F4/80high쿠퍼세포가 아닌 CD11b+F4/80low 대식세포에서 대부분의 활성산소를 발생시키고 있음을 증명 하였다. 한편, lipopolysaccharide (LPS)-toll-like receptor 4 (TLR4) 복합체의 내포 작용(endocytosis) 과정과 유사하게, 마우스 대식세포와 사람 단핵구에서 팔미트산(palmitate)은 다이나민(dynamin)을 매개로 팔미트산염의 내포 작용이 이 루어진다. 서로 다른 지질 리간드들과 TLR4-myeloid dif- ferentiation factor 2 (MD2) 복합체와의 상호 작용을 크기 배제 크로마토그래피(size-exclusion chromatography)와 에스디에스 페이지(SDS-PAGE) 방법을 이용하여 분석한 결
Eun HS. Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate Oxidase 2 in Non-alcoholic Fatty Liver Disease
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과, TLR4-MD2와 이합체(dimeric)로 결합하는 LPS와는 다 르게 팔미트산은 상기 수용체와 단량체(monomeric) 형태로 나타남을 확인하였다. 또한, 정상 마우스와 비교하였을 때 TLR4 결여 마우스, NOX2 결여 마우스의 대식세포에서는 팔미트산 처리 시에 활성산소의 발생이 현저히 감소하지만, Myd88/Toll/Interleukin-1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon-β (TRIF) 결여 마우스의 대식 세포에서는 활성산소의 발생이 전혀 감소하지 않는 결과를 보 였다. 종합하면, 대식세포의 주 염증 매개체인 LPS가 TLR4-MD2 복합체와 이합체의 형태로 결합되어 Myd88 혹은 TRIF 의 존적으로 염증성 신호 전달을 하는 것과 다르게, 장관에서 흡수되거나 지방조직으로부터 용해된 혈중 유리지방산(free fat- ty acid)의 일종인 팔미트산의 경우 TLR4-MD2 복합체와 결합 후 단량체의 형태로 내포 작용이 이루어지며, Myd88 과 TRIF 비의존적으로 특이적 활성산소가 발생함을 본 연 구에서 보여주었다. 결론적으로 본 연구는 비알코올성 지방 간 질환 발생시 이행성 대식세포들에서 팔미트산과 결합하 는 TLR4의 내포 작용을 억제할 경우 활성산소의 발생을 감 소시킬 수 있음을 증명한 첫 연구이다.
해설: 본 연구에서는 비알코올성 지방간 질환과 인슐린 저 항성의 발생 과정에 있어서 간으로 침윤된 대식세포들에서 NOX2를 매개로 한 활성산소의 새로운 발생 기전을 제시하였 다.1 간내 존재하는 염증세포들로부터 활성산소가 발생하여 비알코올성 지방간 질환이 진행하리라고 생각하였던 기존의 막연한 이론을 본 연구에서는 다양한 실험적 방법들과 마우스 모델 그리고 사람 간 조직을 이용하여 간내 면역세포들과 말 초혈구세포들을 분석함으로써 비알코올성 지방간 질환 발생 과 진행의 중요한 기전을 증명하였다.
이전의 한 연구에서도 비알코올성 지방간 질환 환자들에서 산화 스트레스 표지자들과 지방간 질환 중등도의 상관관계를 분석하였는데, NOX2 활성화의 지표인 혈중 NOX2-derived peptide를 측정함으로써 간접적으로 비알코올성 지방간 환 자들에서 지방증의 중증도에 대한 바이오마커로서의 활용 가능성을 제시하였다.2 그러나 앞선 연구에서 활성산소 발생 과 관련된 NOX2의 자세한 분자적 기전은 규명하지 못하였다.
한편, 또 다른 이전의 연구에서 메티오닌/콜린(methionine/chol- ine) 결여 식이로 유도된 비알코올성 지방간 질환 마우스 모델에서 NOX2가 결여된 마우스의 간에서 활성화된 대식 세포들이 감소하지만 NOX2 결여 여부와 무관하게 간세포 손상이 발생하였기에 NOX2 복합체가 지방간염에 관여하지 않을 가능성이 제시되었다.3
그러나 본 연구에서는 종전의 연구들과 마찬가지로 마우스 에 고지방 식이를 급식시킴으로써 유도된 지방간 모델에서
NOX2 결여시 간내 침윤된 대식세포의 수는 현저하게 감소하 였으나, 이들 세포들에서 활성산소의 발생도 또한 현저하게 감소하여 간내 지방병증이 현저하게 감소함을 증명하였다. 뿐 만 아니라, NOX2가 결여시 현저한 인슐린 저항성의 완화가 나타나는데, 쿠퍼세포나 기타 호중구 등이 모두 NOX2를 발 현하고는 있으나, 간으로 이행한 CD11b+F4/80low 대식세포들 에서만 팔미트산 처리 시에 활성산소를 발현한다는 점과 TLR4/NOX2의 내포 작용에 기여하는 다이나민 단백의 발현 이 가장 높다는 것을 본 연구에서 밝혔다. 본 연구를 통하여 활성산소 발현과 관련된 주요 세포가 무엇인지 새롭게 밝혀졌 고, 이에 따라 본 연구에서 제시된 NOX2의 활성과 지방간염 간의 관련성은 앞서 발표된 연구 결과3와 대치된다. 뿐만 아니라, 팔미트산을 처리하였을 때 활성산소의 발생은 TLR4/NOX2 의존적으로 이루어지는데 이전에 LPS가 결합하는 방식으로 알려진 이합체(dimeric)의 TLR4-MD2 복합체가 아닌 단량체 (monomeric)의 형태로 나타나 활성산소 발생에 기여한다는 것을 새롭게 밝혀냈다.
아직까지 팔미트산과 같은 유리지방산의 자극을 받은 간내 침윤된 대식세포에서 NOX2를 매개로 발생한 활성산소가 어 떻게 비알코올성 지방간 질환의 발생과 진행에 관여하는지에 대한 그 이후의 자세한 기전은 분명히 밝혀지지 않았다. 하지 만, 여러 연구들에서 비알코올성 지방간 질환에서 NOX2가 관여하는가에 대한 논란은 기존의 임상데이터 등을 활용한 간 접적인 방법에 의한 연구와는 달리 마우스 및 사람 간조직을 이용한 직접적인 방법을 이용한 본 연구에서는 비알코올성 지 방간 질환에서 NOX2가 밀접한 상호 연관성을 가지고 있음을 증명하였다. 비알코올성 지방간 질환 환자에서 활성산소 발생 억제를 통하여 염증 유래 지방간염 발생 및 인슐린 저항성을 개선할 수 있음을 본 연구는 시사하고 있다. 특히, 팔미트산의 TLR4-NOX2를 매개로 한 내포 작용의 억제는 지방간 질환의 진행과 치료에 관한 중요한 표적이 될 수 있을 것으로 보이며, 향후 관련 연구가 기대된다.
REFERENCES
1. Kim SY, Jeong JM, Kim SJ, et al. Pro-inflammatory hepatic macro- phages generate ROS through NADPH oxidase 2 via endocytosis of monomeric TLR4-MD2 complex. Nat Commun 2017;8:2247.
2. Del Ben M, Polimeni L, Carnevale R, et al. NOX2-generated oxida- tive stress is associated with severity of ultrasound liver steatosis in patients with non-alcoholic fatty liver disease. BMC Gastroenterol 2014;14:81.
3. dela Peña A, Leclercq IA, Williams J, Farrell GC. NADPH oxidase is not an essential mediator of oxidative stress or liver injury in murine MCD diet-induced steatohepatitis. J Hepatol 2007;46:
304-313.