During liver injury, damaged hepatocytes are able to release exosomes that include diverse types of self-RNAs. Recently, self-noncoding RNA has been recognized as an activator of Toll-like receptor 3 (TLR3). However, the roles of hepatocyte-derived exosomes and the activation of TLR3 are not yet fully understood in the pathogenesis of liver fibrosis. Following acute liver injury and early-stage liver fibrosis induced by a single or 2-week injection of carbon tetrachloride $(CCl_4)$, increased interleukin-17A (IL-17A) production was mainly detected in hepatic γδ T cells in wild-type (WT) mice. However, the degree of liver fibrosis and IL-17A production by γδ T cells were both significantly attenuated in TLR3 KO mice compared with WT mice. More interestingly, IL-17A-producing γδ T cells were in close contact with activated hepatic stellate cells (HSCs), suggesting an interaction between HSCs and γδ T cells. In vitro treatments with exosomes derived from $CCl_4-treated$ hepatocytes significantly increased the expression of IL-17A, IL-1β, and IL-23 in WT HSCs but not in TLR3 KO HSCs. Furthermore, IL-17A production by γδ T cells was substantially increased upon co-culturing with exosome-treated WT HSCs or conditioned medium from TLR3-activated WT HSCs. However, similar increases were not detected when γδ T cells were co-cultured with exosome-treated HSCs from IL-17A KO or TLR3 KO mice. Using reciprocal bone marrow transplantation between WT and TLR3 KO mice, we demonstrated that TLR3 deficiency in HSCs contributed to decreased IL-17A production by γδ T cells, as well as liver fibrosis. In liver injury, the exosome-mediated activation of TLR3 in HSCs exacerbates liver fibrosis by enhancing IL-17A production by γδ T cells, which might be associated with HSC stimulation by unknown self-TLR3 ligands from damaged hepatocytes. Therefore, TLR3 might be a novel therapeutic target for liver fibrosis.
다양한 외부자극에 의해서 손상을 받는 간은 지방간에서부터 간암에 이르는 다양한 수준의 병적 상태를 경험하게 된다. 특히, 간의 섬유화는 간의 섬유화는 외부로부터의 다양한 만성 자극으로부터 유도 된다고 알려져 있으며, 만성 간손상으로 진행하는데 있어서 매우 중요한 단계라고 잘 알려져 있다. 특히, 이러한 간섬유화에 있어서는 간성상세포가 간섬유화의 진행에 있어서 가장 중요한 세포임이 잘 알려져 있지만 어떠한 기전으로 활성화가 이뤄지며 형태를 변화시키는지에 대한 연구는 충분히 이뤄지지 않았다. 하지만, 활성화된 간성상세포가 분비하는 콜라겐을 비롯한 섬유기질은 간의 본래 기능을 약화시키는것으로 알려져 있으며, 간성상세포의 활성화를 줄이는 다양한 수준의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근 연구 결과에 따르면 간의 섬유화의 유도에 있어서 염증을 유도시키는데 중요하다고 알려진 인터류킨-17 (IL-17)이 중추적인 역할을 수행을 하며, IL-17의 수용체가 결손된 마우스에서는 간섬유화의 진행이 현저하게 감소됨이 보고되었다. 하지만 여전히 IL-17이 간 섬유화에 미치는 정확한 기전과 다른 간내 비실질 세포와의 관련성에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.
우리 몸의 선천면역반응으로 잘 알려진 톨유사 수용체 (Toll-like receptor)는 다양한 외부 항원을 인식함으로써 면역 반응을 개시하며, 특히 TLR4가 다양한 수준의 간질환에서 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 왔었다. 하지만, 최근의 다양한 보고를 통하여 double-strand RNA 바이러스를 인지하여 염증반응을 유도하는 톨유사 수용체3 (Toll-like receptor3: TLR3)가 결손 되었을 때 외부 바이러스 감염이 없음에도 불구하고 전신 염증 반응이 경감되는 보고가 있으며, TLR3가 단순히 dsRNA를 인지 할뿐만 아니라, 자극에 의해 반응한 알려지지 않은 내인성 요소에 의해서 TLR3가 활성화되어 다양한 수준의 cytokine을 생산할 것으로 우리는 예상하였다.
따라서 본 연구를 통해서 IL-17의 간섬유화 기전과 TLR3와의 연관성을 통해서 간섬유화를 억제 시킬수 있는 다양한 가능성을 규명하고자 하였다. 특히, TLR3가 결손된 마우스의 경우 2주간 사염화탄소로 유도된 간섬유화가 현저하게 감소되어있는 것을 확인하였고, gamma delta T cell에서 분비되는 IL-17A가 간섬화의 유도에 있어서 매우 중요한 역할을 수행하고 있음을 확인할 수가 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 사염화탄소를 이용하여 급성 간손상 모델을 이용한 실험에서 현저하게 증가된 IL-17A의 생산이 gamma delta T cell로부터 유도되는 것을 확인할 수가 있었으나, TLR3 결손 마우스에서는 IL-17A의 생산이 현저하게 감소되어, gamma delta T cell에 의한 IL-17A의 생산은 TLR3 존재 유무와 매우 밀접한 연관이 있는 것을 확인할 수가 있었다. 하지만 이러한 gamma delta T cell에 의한 IL-17A의 분비는 만성 간섬유화 유도 마우스 모델에서는 확인할 수가 없었으며, CD4 T cell이 만성 간섬유화 유도 모델에서 IL-17A 생산에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 이러한 IL-17A를 분비하는 gamma delta T cell은 간손상 및 초기 간섬유화가 일어나는 동안 간성상세포와 매우 밀접하게 위치하는 것으로 확인되었고, CCL20/CCR6 매개의 gamma delta T cell의 상호작용이 매우 중요한 역할을 하고 있음을 확인하였다.
간세포는 외부 자극에 의해서 손상 받았을 때, 다수의 microvescicle (exosome)을 세포밖으로 분비하며 이렇게 분비된 exosome은 해부학적 구조상 간세포와 매우 밀접하게 위치하고 있는 간성상세포가 탐식하고 있음을 우리는 확인할 수가 있었다. 특히, exosome은 최근 다양한 수준의 non-coding RNA, 마이크로 RNA와 같은 unknown ligand를 많이 가지고 있는것으로 알려져 있고, 탐식 및 함입작용을 통해서 주변세포에 다양한 신호를 전달해주는 전달자의 역할을 한다고 알려져 있다. 이렇게 exosome을 탐식한 간성상세포는 놀랍게도 TLR3를 활성화시키고 그와 동시에 증가된 수준의 IL-17A를 만들어 내는 것을 확인할 수가 있었지만, 간성상세포가 생산하는 IL-17A의 발현은 매우 미미한 수준이었음에도, TLR3 결손된 간성상세포는 IL-17A를 아예 생산하지 못하는것을 발견하였다. 그와 동시에 간성상세포는 IL-1ß, IL-23와 같은 다양한 수준의 gamma delta T cell의 IL-17A를 촉진시키는것을 확인하였다. 간섬유화를 유도시키는데 중요한 역할을 수행하는 간성상세포와 IL-17A를 early time point 에서 주로 생산하는 gamma delta T cell중 어떠한 세포가 이러한 fibrotic condition의 중요한 조절자임을 확인하기 위해서, 우리는 whole bone marrow transplantation을 통한 chimeric mouse를 이용한 실험을 통해서, 간성상세포의 TLR3 활성화가 gamma delta T cell의 IL-17A의 생산을 촉진 또는 감소시키는데 있어서 가장 중요한 요소임을 우리는 확인할 수가 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 저자들은 간섬유화에 대한 새로운 치료학적 타켓으로서, TLR3의 가능성을 제시하였고, 이러한 TLR3의 조절이 간섬유화 및 급성 간질환의 치료 및 경감에 있어서 매우 중요할 것으로 예상한 요소로서 cellular therapy를 위한 candidate으로 예상하고 있다.
