Recruitment and activation of dendritic cells (DCs) in the lungs is critical for Th2 responses in asthma. CCL20 secreted from bronchial epithelial cells (BECs) influences the recruitment of DCs. Clusterin, an oxidative stress regulatory molecule, may play a pivotal role in the pathogenesis of allergic airway inflammation. The aim of this study was to examine if clusterin functions in the regulation of CCL20 production from BECs and is involved in allergic airway inflammation through DC recruitment. Clusterin knockout $(Clu^{-/-})$ mice were exposed to house dust mite (HDM) extract to induce allergic airway inflammation. We observed the effect of clusterin on the production of chemokines including CCL20, development of allergic airway inflammation, immune cell recruitment to the lung, and lipid peroxidation products as oxidative stress biomarkers. The number of total immune cells in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) and the lung were dramatically increased in $Clu^{-/-}$ mice. Inflammatory DC $(CD11b^+CD11c^+)$ and $Ly6C^{high}$ monocytes populations in the lung were also significantly increased, which was accompanied by increased CCL20 expression in BALF and oxidative stress marker expression in the lung. Moreover, CCL20 and ROS generation were then evaluated in HDM-stimulated human BECs in the setting of clusterin overexpression and downregulation. HDM-stimulated clusterin up- and down-regulated BECs showed that CCL20 secretion was negatively correlated with clusterin expression. Clusterin attenuated intracellular ROS production, which is related to induction of CCL20 expression after HDM stimulation. Thus, the antioxidant effect of clusterin may modulate recruitment of DCs to the airway by regulating CCL20 production.
기관지 천식은 호흡기에 발생하는 대표적인 기도 질환으로 만성 염증과 기도과민성이 지속적으로 관찰되는 것이 특징이다. 현재 천식 치료는 염증반응을 조절할 수 있는 흡입성 스테로이드제가 그 근간이 되고 있는데, 이는 비특이적으로 면역반응을 억제하므로 천식 치료에 있어서 근치법으로 여겨지고 있지는 않다. 또한 이는 장기간의 스테로이제의 사용에 따른 부작용 및 그 효능이 듣지 않는 난치성 천식 환자군이 빈번하게 관찰되고 있어 새로운 약물에 대한 필요성이 절실히 제기되고 있다.
천식에서는 다양한 병인기전이 제시되고 있는데, 최근에는 기도상피세포와 선천성 면역세포의 상호작용이 알레르기 반응의 시작단계에서 중요한 조절단계로서 조명 받고 있다. 집 먼지 진드기, 꽃가루, 애완동물의 털 등과 같은 외부 자극들에 의해 기도상피세포가 활성화 되는 경우 그 밑의 중배엽 조직세포 및 기도에 상주하고 있는 수지상세포에 신호를 전달하여 염증반응을 유발시키게 된다. 이 과정에서 기도상피세포가 분비하는 인자인 CCL20가 염증성 수지상세포를 폐로 유입시키는데 중요한 기능을 한다고 알려져 있다. 이는 산화스트레스에 의해 그 발현이 조절된다 알려져 있다. 난치성 천식환자일수록 산화스트레스가 조절이 되지 않고 높은 수치의 산화스트레스가 관찰된다는 연구결과에 미루어 볼 때, 증가한 산화스트레스가 기도상피세포에 직접적인 자극원으로 작용하여 염증성 인자의 발현을 더욱 촉진시킬 것이라 예측해볼 수 있다.
본 연구에서는 천식의 염증을 조절할 수 있는 타겟 물질로서 클러스테린을 고려하고 있다. 클러스테린은 거의 모든 세포에서 발현하는 단백질로 산화스트레스를 포함한 다양한 자극에 의해 그 생성이 유도되어 세포를 보호하는 역할을 한다. 실제로 산화스트레스가 증가되어 있는 천식환자군에서 클러스테린의 발현이 증가가 되어 바이오마커로서의 역할은 입증되어 있으나, 증가된 클러스테린이 천식 병인기전에 어떠한 영향을 미치는가에 대해서는 거의 알지 못하고 있다.
본 연구에서는 클러스테린이 천식의 병인기전에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해, 이것의 발현이 저하된 유전자조작 마우스를 이용하여 산화스트레스 정도를 측정함과 동시에 염증의 정도를 확인하였다. 그 결과 클러스테린의 부재가 아무런 자극이 가해지지 않은 정상상태임에도 불구하고 산화스트레스에 의한 손상을 받고 있음을 확인하였고, 천식모델을 유도하였을 때 악화된 염증양상을 확인할 수 있었다. 흥미롭게도, 클러스테린의 발현이 감소되어 있을수록 기관지세척액에서의 CCL20, CCL2, CCL11와 같은 케모카인들이 증가되는 경향성을 발견할 수 있었다. 이러한 경향성은 $CD11b^+$ 를 발현하는 염증성 수지상세포 및 염증성 단핵구, 호산구 등의 염증성 세포군의 폐조직으로의 유입을 증가시켜 기도염증을 악화시키는 결과를 유도한 것으로 여겨진다.
추가적으로 사람유래 기도상피세포를 이용하여 위의 가설을 뒷받침하는 실험을 진행하였다. 동물실험에서의 경향성과 유사하게도, 클러스테린의 발현과 CCL20의 발현이 반비례적인 관계에 놓여있음을 밝혔다. 또한 항산화제가 CCL20의 발현을 억제함을 관찰하였는데, 클러스테린 역시 항산화제로서의 역할을 수행함을 확인할 수 있었다. 이는 클러스테린의 산화스트레스를 조절하는 기능이 기도상피세포가 활성화 됨에 따라 발현하는 케모카인의 생성의 억제를 유도 할 수 있음을 의미한다.
따라서 본 연구결과를 통해 천식환자에서 증가된 클러스테린의 발현이 산화스트레스를 조절하기 위한 방어 기전으로서 발현이 유도됨을 유추해볼 수 있다. 증가된 클러스테린은 기도상피세포의 내부 혹은 외부에서 산화스트레스를 조절하는 항상화제 역할을 수행하여 기도상피세포가 받을 수 있는 손상을 최소화시킴으로써 활성화 될 수 있는 염증기전을 억누르는 효과를 보임을 밝혔다. 이를 통해 염증기전의 첫 시작단계인 수지상세포의 활성을 조절하여, 궁극적으로 기관지 천식의 증상을 완화시키는 효능을 보였다. 본 연구에서 발견한 클러스테린의 염증 조절기능은, 효과적인 치료제가 절실한 천식 연구분야에 새로운 치료 타겟 발굴에 기반이 될 것이라 기대한다.
