Hepatic stellate cells (HSCs) are prominent in retinol storage and metabolism. However, it is not clear yet how retinols in HSCs would contribute to liver fibrosis or retinols from HSCs affect adjacent immune cells such as NK cells during fibrogenesis. Moreover, the critical enzymes responsible for retinol metabolism in HSCs have not been elucidated. Here, we identified the role of endogenous retinols in liver fibrosis and also investigated the effects of the retinol metabolizing enzymes on HSCs and NK cells, respectively.
Liver fibrosis was induced by bile duct ligation (BDL) or carbon tetrachloride (CCL4) treatment for 2 weeks in mice. To inhibit retinol metabolism, 4 methylpyrazole (4-MP), an alcohol dehydrogenase (ADH) enzyme inhibitor, was administrated in mice. In vitro, HSCs and NK cells were isolated and cultured. Interference of ADH3 gene by siRNA and 4-MP treatment was used for assessing a role of ADH3 on HSCs and NK cells. Moreover, using ADH3-chimeric mice, we demonstrated the functions of ADH3 on HSCs and NK cells in liver fibrosis.
In vitro, we identified that ADH3 expressed in isolated HSCs and NK cells and ADH3-mediated retinol metabolism was suppressed by 4-MP, leading to reduced expressions of fibrotic mediators in HSCs. Moreover, interference of ADH3 gene by siRNA inhibited activation and proliferation of HSCs. Furthermore, in co-culturing of liver NK cells with 4-day cultured HSCs, 4-MP treatment enhanced NK cell cytotoxicity against the activated HSCs via increasing interferon-gamma expression. In vivo, inhibition of retinol metabolism by 4-MP ameliorated liver fibrosis in both BDL and CCL4-induced liver fibrosis. Using ADH3 null mice and ADH3-chimeric mice, we also found that ADH3-depleted NK cells ameliorated CCl4-induced liver fibrosis via enhanced interferon gamma expression. Therefore, we identified that the inhibition of ADH3-mediated retinol metabolism enhanced NK activation but suppressed HSCs inversely.
Based on our findings, we could speculate that ADH3 is a critical enzyme for retinol metabolism in HSCs and NK cells. It plays a positive regulator in the activation of HSCs but a negative regulator in the activation of NK cells. Therefore, cell-type specific role of ADH3 may give rise to a new potential therapeutic target in liver fibrosis.
간성상세포는 레티놀 (비타민 A)의 저장과 대사에 있어서 매우 중요한 세포로 알려져 있다. 그러나 간성상세포의 레티놀이 간섬유화의 발전에 어떻게 작용하는지, 그리고 간섬유화가 일어나는 동안에 레티놀과 그 대사체들이 자연살해세포를 비롯한 주면 면역세포에 어떤 영향을 미치는지는 명확하게 밝혀져 있지 않다. 그리고 간성상세포에서 레티놀 대사를 담당하는 효소 또한 아직까지 밝혀져 있지 않은 실정이다. 따라서 저자는 간섬유화의 발전에 있어서 레티놀의 역할과 간성상세포 및 간내면역세포에서의 레티놀 대사 효소의 역할에 대해 알아보고자 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 먼저 레티놀의 보고인 간성상세포에서 레티놀 대사를 주로 담당하는 효소가 ADH3 인 것을 관찰하였고, 자연살해세포에서도 마찬가지로 ADH3를 주로 발현하는 것을 확인하였다. 4-MP를 이용한 ADH3의 억제를 통하여 간성상세포 및 자연살해세포에 ADH3의 역할에 대해 실험하였다. 그 결과 ADH3가 간성상세포의 활성화를 유도하고 자연살해세포에서는 인터페론-감마의 생산을 감소시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한 생체 실험을 위해서 2주간의 사염화탄소로 유도한 마우스의 간섬유화 모델과 총담관결찰을 통한 간섬유화 모델에서 ADH3의 역할을 확인하였다. ADH3 결핍 마우스는 대조군과 비교했을 때, 두 가지 섬유화 모델에서 상대적으로 간섬유화가 억제된 것을 면역조직염색과 콜라겐 염색 등을 통해서 확인할 수 있었다. 게다가 ADH3 결핍 마우스에서 활성화된 간성상세포를 억제하거나 사멸시킬 수 있는 인터페론-감마를 분비하는 자연살해세포의 숫자 및 분율이 증가해 있는 것을 관찰하였고 이들 마우스에서 혈청 인터페론-감마의 농도 또한 증가한 것을 확인하였다. 간성상세포는 자연살해세포와 달리 골수 유래 세포가 아니기 때문에 골수 이식을 통해서 ADH3 키메라 마우스를 만들어 간섬유화 실험을 진행하였다. ADH3 키메라 마우스는 방사선 조사를 받은 wild type 및 ADH3 결핍 마우스에 wild type 과 ADH3 결핍 골수 세포를 주입하여 총 4가지 그룹으로 제작하였다. ADH3 키메라 마우스에 2주 동안 사염화탄소를 주입한 뒤에 골수 유래 세포인 자연살해세포와 비골수 유래 세포인 간성상세포에서의 ADH3의 역할을 확인하였다. 그 결과 간성상세포의 ADH3가 결핍되었을 때 섬유화가 감소되었고, 자연살해세포의 ADH3가 결핍되었을 때에도 비슷한 정도로 간섬유화가 억제되어 있음을 관찰하였다. 세포 실험과 생체 실험을 통해서 ADH3 는 간성상세포의 경우에는 섬유화를 촉진하는 쪽으로 작용하고, 자연살해세포에서는 인터페론-감마의 분비를 억제하는 역할을 한다는 것을 증명하였다.
결과적으로 ADH3는 간섬유화 과정에 있어서 간성상세포와 자연살해세포에서 각각 세포특이적으로 그 역할을 수행하고 이를 억제하였을 때 간섬유화의 호전을 유도할 수 있었고, 저자는 ADH3를 간섬유화 억제에 대한 새로운 타겟으로 제시하고자 한다.
