Part I. Blockade of retinol metabolism protects T cell-induced hepatitis by increasing migration of regulatory T cells.
Background & Aims: Recent advance of immunometabolism reveals retinoic acids are important in inflammatory disorder. Despite enriched retinols which are metabolized into retinaldehydes and retinoic acids by alcohol dehydrogenase (ADH) and retinaldehyde dehydrogenase (Raldh) in hepatic stellate cells (HSCs), their roles have yet to be clarified in hepatic inflammation. Thus, I investigated the effects of retinol metabolism on Concanavalin A (Con A)-mediated hepatitis in mice.
Materials and Methods: Con A was injected into wild type (WT), Raldh1 knockout (Raldh1-/-), CCL2-/- and CCR2-/- mice with a 3-hour pretreatment of 4-methylpyrazole (4-MP), an inhibitor of ADH. Isolated regulatory T cells (Tregs) from WT or CCR2-/- mice were co-cultured with HSCs of WT or CCL2-/- mice.
Results: WT mice given 4-MP and Raldh1-/- mice were protected from Con A-mediated hepatitis by a mechanism that involved increased Treg migration in a CCL2/CCR2-dependent manner. IFN-γ-induced increased expression of ADH3 and Raldh1 was suppressed by 4-MP in HSCs, whereas the expression of CCL2 and interleukin-10 (IL-10) was inversely increased upon pharmacologic or genetic ablation of retinol metabolism in HSCs, consequently increasing the migration and IL-10 production of Tregs. Moreover, transferred Tregs migrated more to HSCs in Raldh1-/- mice transplanted with WT BM than in WT mice transplanted with WT BM. Furthermore, mice treated with 4-MP showed an increased survival rate (75%) compared with the controls (25%) in Con A-induced hepatitis.
Conclusions : Blockade of retinol metabolism might protect liver injuries by increasing Treg migration. Inhibitors of ADH or Raldh could be new therapeutics to treat T cell-mediated hepatitis.
Part II. The polarization of Kupffer cells from monocytes is determined by CX3CR1 in mice.
Background & Aims: Although there were many studies to identify the origin of Kupffer cells (KCs), it has not been elucidated clearly. In the present study, I investigated the role of CX3CR1 for development of macrophages from inflammatory monocytes and for functional polarization of them in vivo and in vitro experimental model.
Materials and Methods: To deplete KCs, clodronate liposome was injected to mice intraperitoneally. For differentiation of macrophages from monocytes, sorted monocytes from liver and spleen were co-cultured with liver sinusoidal endothelial cells (LSECs). Alcoholic liver injury was achieved by feeding with 5 % liquid ethanol diet for 8 weeks to CX3CR1+/GFP and CX3CR1GFP/GFP mice.
Results: Liver monocytes and KCs can be distinguished by extent of F4/80 expression. LSECs play as a supporter in differentiation to macrophage from Ly6Chigh monocytes in vitro. During recovery period after clodronate treatment, CX3CR1 deficiency reduces tissue resident monocytes and macrophages, whereas the number of inflammatory monocytes was elevated in CX3CR1 deficient mice significantly. Moreover, CX3CR1 deficiency aggravates alcohol-induced liver injury and CCl4-induced liver fibrosis.
Conclusion: CX3CR1 is important factor in development and anti-inflammatory functional differentiation of KCs. Therefore, CX3CR1 could be not only novel therapeutic target for various kind of liver disease but also key molecule for studying of macrophage origin.
Part I. Blockade of retinol metabolism protects T cell-induced hepatitis by increasing migration of regulatory T cells.
레티놀의 대사물질인 Retinoic acid 가 염증성 질환에서 중요한 역할을 한다는 것이 최근들어 밝혀지고 있다. 하지만 인체에 존재하는 레티놀의 약 80% 가 간의 디쎄 공간 (space of Disse)에 위치하고 있는 간성상세포에 저장되어 있음에도 불구하고, 간의 염증성 질환에서 레티놀의 대사가 어떤 역할을 하는지에 대해서는 뚜렷하게 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 마우스에 Concanavalin A (Con A) 를 투여하여 급성 간염을 유도하였고, 이 과정에서 레티놀 대사의 변화와 간 손상에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다.
마우스에 급성 간염을 유도하기 위하여 Con A 를 12 mg/kg 의 용량으로 wild type (WT) 마우스와 Raldh1, CCL2, CCR2 결핍 마우스의 꼬리 정맥에 투여하였고, 레티놀 대사를 차단하기 위하여 Con A 투여 3시간 전에 레티놀을 retinaldehyde로 대사시키는 효소인 alcohol dehydrogenase 의 억제제인 4-methylpyrazole (4-MP) 를 복강내로 투여하였다. In vitro 실험을 위하여 조절 T 세포와 간성상세포를 분리하였다.
4-MP 를 투여하거나 Raldh1 이 결핍된 마우스에서 Con A 투여 후에 조절 T 세포가 CCL2/CCR2 에 의한 케모카인-케모카인 수용체 반응을 통하여 간 내로 이동이 증가하였고, 그 결과 Con A에 의한 간 손상이 줄어들었다. Con A 투여 후 증가한 interferon-gamma (IFN-γ) 는 간성상세포에서 ADH3와 Raldh1 의 발현을 증가시켰는데, 4-MP 의 투여는 이들의 발현을 다시 감소시켰다. 반면에 CCL2 와 interleukin-10 (IL-10) 의 발현은 약물이나 유전자 조작을 통하여 간성상세포에서 레티놀 대사를 차단시켰을 때 증가하였고, 결과적으로 조절 T 세포에서 IL-10 의 발현을 증가시켰다. 최종적으로, 치사량의 Con A 를 투여한 마우스에서 생존율을 비교한 결과, 4-MP 를 사전 투여한 마우스에서 대조군에 비하여 유의하게 높은 생존율을 (75 % Vs. 25 %) 보였다.
따라서, 급성 간염시기에 레티놀 대사를 차단하는 것은 조절 T 세포의 이동을 증가시켜서 간손상을 감소시킬 수 있고, 또한 ADH 나 Raldh 와 같은 레티놀의 대사에 필요한 효소를 억제하는 것이 급성 간염을 치료하는데 새로운 타겟이 될 수 있을 것이다.
Part II. The polarization of kupffer cells from monocytes is determined by CX3CR1 in mice.
간 내에 존재하는 대식세포인 쿠퍼 세포의 기원에 대해서 많은 연구가 있어 왔으나, 그 기원과 어떤 인자가 쿠퍼세포의 분화에 영향을 주는지에 대해서 아직도 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구는 염증성 단핵구가 대식세포로 분화하는 과정에서 케모카인 수용체의 일종인 CX3CR1 이 어떤 역할을 하는 가에 대해서 연구하였다.
쿠퍼 세포를 제거하기 위하여, clodronate liposom 을 마우스의 복강내에 투여 하였고, 쿠퍼 세포의 회복을 살펴보기 위하여 순차적으로 간의 비실질세포를 분리하여 분석하였다. 단핵구로부터 대식세포로의 분화 실험을 위하여 간과 비장에서 단핵구를 분리하여 간의 동향혈관 내피세포 (liver sinusoidal endothelial cell, LSEC) 와 함께 배양 후에 수거하여 분석하였다. 알코올성 간 손상을 유발하기 위하여 CX3CR1+/GFP 와 CX3CR1GFP/GFP 마우스에 5% 액상 알코올 식이를 8주동안 먹인 후 부검하여, 간 손상을 살펴보았다.
간의 단핵구와 쿠퍼 세포는 F4/80가 적게 발현되는 단핵구와 많이 발현되는 쿠퍼세포로 구분되어졌고, Ly6Chigh 로 발현되는 염증성 단핵구는 LSEC 의 도움을 받아 대식세포로 분화되었다. Clodronate 투여로 인해 제거된 쿠퍼 세포가 회복되는 과정에서 CX3CR1 이 결핍되면 조직 상주 단핵구와 대식 세포가 감소되었고, 반면에 염증성 단핵구는 증가하였다. 더욱이, CX3CR1 의 결핍시에 알코올성 간질환과 사염화탄소로 유도된 간섬유화가 더 악화되었다.
결론적으로, CX3CR1 은 쿠퍼 세포의 발달과 항염증성 대식세포로의 분화에 중요한 역할을 한다. 따라서, CX3CR1 은 다양한 종류의 간 질환을 치료하는데 중요한 치료 목표가 될 수 있을 것이며, 또한 대식세포의 기원을 밝혀내는데 있어서 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.
