Commensal bacteria colonize barrier surfaces including the skin, vaginal, upper respiratory, and gastrointestinal tracts of mammals. Especially, intestinal commensals compose the largest and most diverse microbial communities. They have beneficial properties ranging from aiding in metabolism to suppressing invasive pathogens by displacing them from a microbial niche. Moreover, they play roles in immune cell development and maintaining immune homeostasis of the intestine. Recently it was reported that antiviral immunity to systemic LCMV or respiratory influenza virus infection was impaired after manipulation of intestinal commensal bacteria. However, it remains unclear whether there is a role of local resident commensals, outside the gastrointestinal tract, in shaping the antiviral immune function at nonintestinal mucosal surface.
In this study, we identified the role of commensal bacteria in antiviral protection against herpes simplex virus type 2 (HSV-2) infection in vaginal mucosa. By using 4-week-antibiotics treatment, we found that mice depleted of commensal bacteria were more susceptible to intravaginal HSV-2 infection. These mice showed increased mortality and decreased viral clearance. However, in contrast to the other reports mentioned above, antibiotics-treated mice showed normal type I interferon (IFN) responses and normal T cell responses, which are main innate and adaptive immune mechanisms against HSV-2 infection, respectively. However, we revealed that IFN-$\gamma$ secretion from vaginal mucosa was severely impaired in antibiotics-treated mice due to the defective migration of effector T cells to the site of infection. IL-18, but not IL-1$\alpha$ and IL-1$\beta$, seemed to be indispensable for the protection against genital HSV-2 infection, although synthesis of all three cytokines were impaired after antibiotics treatment. Interestingly, IL-33, which suppresses the IFN-$\gamma$ production following genital HSV-2 infection, was highly expressed in vaginal mucosa after antibiotics treatment. However, it is necessary to find out a precise mechanism by which IL-33 affects the immune responses in response to the genital HSV-2 infection. Our result, collectively, demonstrate the importance of commensal microbiota in controlling the antiviral immunity in the vaginal mucosa.
공생 박테리아는 주로 피부나 상기도, 위장관 및 여성의 질과 같이 체내와 외부의 경계부에 서식하는 박테리아로, 특히 위장관에 가장 많고 다양한 종류의 박테리아들이 서식하고 있다. 이러한 장내 공생 박테리아는 섭취한 음식을 소화시키거나 그것들의 대사에 관여하기도 하고, 다른 병원균들이 침입하지 못하도록 하는 등 다양한 역할을 수행한다. 또한, 이들은 장내 면역세포의 발달을 돕고 면역항상성을 유지하는데 많은 역할을 할 뿐만 아니라, 최근에는 이들이 림프구성 맥락수막염 바이러스 (lymphocytic choriomeningitis virus; LCMV) 및 호흡기 인플루엔자 바이러스 감염에 있어서 항바이러스 면역반응에 관여한다는 것이 보고되었다. 그러나 장 외의 다른 점막 기관에 서식하는 공생 박테리아가 외부에서 침입하는 바이러스에 대해 어떻게 면역반응을 조절하는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.
우리는 이 연구에서, 질 점막의 herpes simplex 바이러스 (HSV) 감염시 항바이러스 면역에 있어 공생 박테리아가 어떤 역할을 하는지를 밝히고자 하였다. 이를 위해, 다양한 균에 효과를 보이는 항생제를 조합하여 4주간 마우스에 먹여 체내 공생 박테리아를 제거하고자 하였다. 이렇게 항생제를 먹은 마우스는 질 점막으로 감염된 HSV에 대해 매우 취약하였다. 항생제를 먹은 마우스가 질 점막을 통한 HSV 감염에 대해 저하된 면역반응을 보이는 기전을 찾기 위해 다양한 실험을 진행하였다. 우선 다른 연구진들이 공생 박테리아가 없는 환경에서 저하된다고 보고한 type I interferon과 관련된 선천 면역반응을 확인해 본 결과 우리의 감염모델에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 또한, HSV 감염 억제에 있어 매우 중요한 후천성 T 세포 면역 반응 역시 항생제를 먹인 마우스에서 정상적으로 나타났다. 그러나 항생제를 먹인 마우스에서 질내 interferon-gamma의 생성이 현저히 줄어든 것을 발견하였다. T 세포가 림프절에서는 정상적으로 활성화 되었지만 질 점막으로 이동하는 과정에 문제가 있어 질 점막에서 충분한 양의 interferon-gamma가 생산되지 못한다는 것을 확인할 수 있었다. 이외에도, 항생제를 먹인 마우스에서 HSV 감염 후 IL-18을 비롯한 IL-1 family cytokine의 생성이 저하되는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 항생제를 먹인 마우스의 질 점막에서 IL-33의 생성이 늘어나는 것이 관찰되었는데, IL-33은 질 점막을 통한 HSV 감염시 interferon-gamma의 생성을 억제하는 사이토카인임을 확인하였다. 따라서, 항생제 투여 후 증가된 IL-33이 질 점막을 통한 HSV 감염시에 interferon-gamma의 생성을 억제함으로써 HSV에 대한 항바이러스 면역반응을 저하시킬 것으로 생각할 수 있다. 그러나 좀 더 명확한 기전을 밝히기 위해서 더 많은 연구가 필요할 것으로 생각된다.
결론적으로, 우리는 이 연구를 통하여 공생 박테리아가 장 외의 다른 점막부위인 질 점막에서도 항바이러스 면역반응을 조절한다는 것을 밝혔으며, 이에 관여하는 다양한 기전을 제시하였다.
