Angiopoietin-1 (Ang1) is essential for embryonic vascular development and maintenance of vascular stability in adult, but little is known about the precise role of Ang1 in physiologic and pathologic angiogenesis in retina. I observed that Ang1 plays a coordinated role in proper formation and maturation of retinal vascular network during development. In addition, Ang1 supplementation into eyes with ischemic retina was able to rescue vascular retinopathies by simultaneously promoting healthy vascular network and reducing subse-quent pathologic angiogenesis and vascular leakage. As a result, Ang1-induced improved vascular integrity and function could prevent the retinal neurons from hypoxic damage. I attribute these Ang1-induced beneficial effects on ischemic retina to a dual signaling pathway- the combination of the Tie2 signaling pathway in endothelial cells, and the integrin αvβ5 signaling pathway in astrocytes that regulate fibronectin synthesis and radial distribution, which augments directional angiogenesis in the retina. These findings shed a light on the functional harmony that Ang1 brings forth through vascular Tie2 signaling and non-vascular integrin signaling for inducing healthy angiogenesis. Therefore, I suggest Ang1 supplementation as a potential treatment strategy for the fundamental vascular restoration of ischemic and permeable vascular retinopathies.
정상적인 망막 혈관은 망막 조직에 혈액을 공급함으로써 신경세포의 정상적인 발달과 기능 유지에 중요한 역할을 하지만, 저산소증과 염증 등의 원인으로 생성된 병리적인 혈관은 불안정한 혈관의 구조로 인해 망막 조직 내 출혈 및 신경조직의 박리를 유발하여 망막의 기능 상실을 초래한다. 실제로 당뇨망막병증과 미숙아 망막병증과 같은 망막혈관증식질환은 각각 성인 및 소아 연령층에서 실명의 가장 흔한 원인이 되는 질환이며, 이러한 망막혈관증식을 억제하기 위해서 혈관신생에 중요한 성장인자인 Vascular Endothelial Growth Factor-A (VEGF-A) 를 억제하는 치료제들이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 anti-VEGF-A 약제들은 망막혈관질환의 치료에 적용되어 병리적인 혈관 신생을 효과적으로 억제하고 시력을 호전시키는 등 효과적인 것으로 보고되고 있지만, 혈관생성의 근본적인 원인이 되는 망막 허혈을 개선하지는 못하기 때문에 지속적으로 혈관신생이 재발하고, 이로 인해 반복치료가 불가피하다는 제한점을 가지고 있다. 또한 최근 연구에서는 VEGF-A가 정상적인 망막 혈관과 신경세포의 기능 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 보고되기도 하였다. 따라서 anti-VEGF-A 치료제의 적용을 신중하게 고려해야 하고, 이러한 anti- VEGF 치료제들을 대체하거나 보완할 수 있는 치료 타겟의 개발이 필요하다.
이를 바탕으로 본 연구는 망막 혈관의 신생 및 재형성 과정에서 Angiopoietin-1 (Ang1)의 역할에 대해서 연구하였다. Ang1은 개체의 발달과정에서 혈관의 조립과 성숙에 필수적이며, 혈관의 발달이 완료된 후에도 혈관의 안정성 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 마우스의 여러 가지 장기의 허혈 모델에서 Ang1은 정상적인 구조와 기능을 가지는 혈관을 재생시키는 효과가 있는 것으로 보고되었다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 망막의 혈관의 신생과 재형성 과정, 그리고 망막 허혈 모델에서 Ang1의 역할에 대해 확인하고자 하였다.
출생 후 망막 혈관의 발달 과정에서 Ang1은 망막 혈관의 형성과 성숙을 촉진하였으며, 이는 Ang1이 혈관내피세포의 Tie2 수용체를 통해 내피세포의 증식을 유도할 뿐만 아니라 동시에 망막의 별아교세포 (retinal astrocytes)에서 fibronectin의 생성을 증가시켜 허혈 망막 부위를 향하여 내피세포의 이동을 촉진하는 작용에 의한 것임을 증명하였다.
또한 사람의 당뇨망막증과 미숙아망막증의 발병기전과 유사하도록 제작된 마우스의 질병모델인 산소유도망막병증모델 (oxygen-induced retinopathy, OIR model) 에서 Ang1은 병리적인 혈관생성을 억제할 뿐만 아니라 비관류망막으로의 새로운 혈관재생을 유도하였다. Ang1에 의해 재생된 새로운 망막 혈관은 정상적인 내피세포와 혈관주위세포로 구성되어 망막 조직으로 혈액의 누출 없이 정상적인 혈액관류를 유도하여, 망막신경세포의 세포자멸사를 억제하는 효과를 보였다. 이를 통해 허혈 망막에서 발생하는 망막신경세포의 시각적 자극의 수용 및 신호전달의 기능 저하가 Ang1에 의해 예방되는 효과를 전기생리학적 검사를 통해서 확인하였다.
이러한 Ang1에 의한 망막 혈관의 재생효과가 과연 어떠한 기전에 의하는 것인지 마우스의 산소유도망막병증모델과 일차배양 망막 별아교세포 (Primary cultured retinal astrocyte)에서 Ang1에 의한 변화를 조사하였다. 흥미롭게도 Ang1은 망막의 별아교세포의 integrin αvβ5 를 통하여 focal adhesion kinase 의 phosphorylation 을 유도하고, 그 결과 별아교세포에서의 fibroenctin의 생성을 증가시켰다. 증가된 fibronectin은 인접한 내피세포와 별아교세포에 분포하여 내피세포의 망막 조직 내로의 이동을 촉진하게 되고, 따라서 비관류망막 부위로의 새로운 혈관생성을 촉진하였다. 이는 병리적인 망막혈관 신생이 망막 조직을 벗어나 유리체 내부를 향하여 비정상적인 혈관을 증식하여 출혈을 일으키는 현상과는 대조적인 결과로서, 정상적인 망막혈관이 위치하는 망막 조직 내에서 구조적으로 기능적으로 안정적인 혈관생성을 촉진하여 조직에 혈액을 공급하는 정상적인 기능의 혈관을 생성시킬 수 있음을 의미하는 것이다.
결론적으로 Ang1은 망막 혈관의 발달과 성숙에 기여하며, 혈관내피세포의Tie2수용체를 통해서 혈관내피세포의 증식을 촉진시킬 뿐만 아니라 동시에 망막의 별아교세포의 integrin αvβ5을 통하여 내피세포의 이동을 안내하는 fibronectin의 생성을 증가시킴으로써 새로운 건강한 망막 혈관을 재생하는 역할을 한다. 따라서 본 연구는 Ang1이 망막 혈관증식의 중요한 원인이 되는 망막 허혈을 근본적으로 해결할 수 있는 치료제로 적용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
