FoxP3+ regulatory T (Treg) cells play a major role in maintaining the immune homeostasis by preventing the activation of self-reactive T cells as well as in controlling a series of immune responses in viral infections. Treg cells, during chronic viral infections, have been shown to hamper virus-specific T cell immunity and thereby to allow persistence of viral infection. In contrast, roles of Treg cells in human acute viral infection remain largely unknown and functional changes of Treg cells in the context of immunopathology have not been reported so far. Herein, we investigated several functional changes of Treg cells and their potential implications in immunopathogenesis in acute hepatitis A (AHA).
In the present study, we showed that overall in vitro suppressive activity of Treg cell population was compromised in AHA patients. Attenuation in suppressive activity was closely correlated with the severity of liver damage, indicating a protective role of Treg cells in immunopathogenesis of human acute viral infection. In addition, decreased Treg cell-mediated suppression in AHA could be attributed to reduced frequency of circulating Treg cells, which was also correlated with the degree of tissue damage. Assessment of immunophenotypes of Treg cells of AHA patients showed that they contained lower percentage of proliferating population and exhibit-ed increased susceptibility to apoptosis. In fact, spontaneous apoptosis of Treg cells were increased direct ex vivo, which might be a potential mechanism of contracted Treg cell pool size leading to enhanced immunopathology in AHA.
We also investigated whether functional plasticity of Treg cells was responsible for the impaired function of Treg cells and tissue damage in patients with AHA. We examined the production of a variety of inflammatory cytokines from Treg cells in response to TCR stimulation. We found that a considerable proportion of Treg cells produced TNF-α following TCR stimulation in patients with AHA. Intriguingly, proportion of TNF-α-producing Treg cells closely correlated with the severity of tissue damage, suggesting a potential pathogenic role of TNF-α-producing Treg cells in AHA. Low level of CD127 expression and demethylated patterns of CpG is-land in TSDR (Treg cell-specific demethylated region) in TNF-α+ Treg cell population confirmed that TNF-α was produced from bona fide Treg cells, not from transiently activated FoxP3+ non-Treg CD4+ T cells. TNF-α+ Treg cells were enriched in CD45RA-FoxP3lo population, implying their reduced in vivo suppressive activity. Furthermore, TNF-α+ Treg cells showed a robust evidence of lineage-plasticity of Treg cells toward Th17 lineage, expressing RORγt and CCR6 and co-producing IL-17A, which might be also responsible for functional defectiveness of Treg cells.
Taken together, we conclude that functional impairment of Treg cell population results from both quantitative defect of Treg cell pool and qualitative defect secondary to plasticity and is responsible for immune-mediated tissue injury in human acute viral infection.
FoxP3를 발현하는 조절 T 세포는 자가 항원을 인식하는 T 세포의 활성화를 억제함으로써 생체 내 면역체계의 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 수행하며, 바이러스 감염에서도 일련의 면역 반응을 조절하는 역할을 수행한다. 만성 바이러스성 감염의 경우, 조절 T세포는 바이러스-특이 면역 반응을 약화시켜 결국 바이러스에 의한 감염상태를 지속시키는데 기여한다고 알려져 있다. 반면, 인간의 급성 바이러스성 감염에서는 조절 T세포가 어떠한 역할을 수행하는지에 대해 잘 알려져 있지 않으며, 면역병리현상의 측면에서의 조절 T 세포의 기능 변화는 현재까지 연구된 바가 없다. 이에 본 연구에서는 급성 A형 간염 모델을 이용하여 급성 바이러스성 감염 시 나타나는 조절 T 세포의 기능적 변화를 확인하고 면역병리의 발생에 있어서 가지는 의미에 대해 연구를 진행하였다.
급성 A형 간염 환자에서는 조절 T 세포 집단 전체의 시험관내 억제 기능이 유의하게 저하되어 있었다. 이러한 억제 기능의 저하와 비례하여 면역병리에 의한 간 손상도 증가하는 양상이 관찰되어 조절 T 세포가 급성 바이러스성 감염 시 수반되는 면역병리에 대해 보호적 역할을 수행한다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 감소된 조절 T 세포의 억제 기능은 일차적으로 말초 혈액 내의 조절 T 세포의 수적 감소로 인한 것임을 확인하였으며, 그 빈도 역시 면역병리에 의한 간 손상의 정도와 밀접한 역의 상관 관계를 나타내었다. 급성 A형 간염 환자들의 조절 T 세포에 대한 면역표현형 분석 결과, 대조군에 비해 증식 분율이 감소하고 세포사멸에 대한 감수성이 증가해 있음을 확인할 수 있었다. 실제로, 채혈 직후 검체에 대한 분석 결과 자발적인 세포사멸이 급성 A형 간염 환자에서 증가해 있었으며 이는 면역병리에 의한 간 손상 증가와 관련된 조절 T 세포의 빈도의 감소에 대한 원인으로 작용할 수 있음을 알 수 있었다.
이와 더불어, 조절 T 세포의 기능적 가변성이 조절 T 세포의 기능 부전 및 면역병리에 의한 간 손상에 영향을 주는 지를 확인하였다. T 세포 수용체의 자극을 통해 조절 T 세포를 자극한 후 분비되는 다양한 염증성 사이토카인의 양상을 확인한 결과 상당 분율의 조절 T 세포가 T 세포 수용체 자극에 의해 TNF-α를 분비함을 알 수 있었다. 흥미롭게도, 이러한 TNF-α의 분비 정도는 면역병리에 의한 간 손상의 정도와 밀접한 상관 관계를 보였으므로, 염증성 사이토카인을 분비하는 조절 T 세포가 면역병리에 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, CD127의 발현 및 FoxP3 유전자의 전사 조절 부위의 메틸화 양상에 근거할 때, 관찰된 염증성 사이토카인의 생성 및 분비는 실제로 흉선 유래의 조절 T 세포에서 일어났음을 알 수 있었다. 특히, TNF-α를 분비하는 조절 T 세포는 조절 T 세포의 분류에 근거할 때, 주로 CD45RA음성 및 FoxP3 저발현 분획에 집중되어 있어 억제 기능이 약화되어 있음을 추론할 수 있었다. 더욱이, TNF-α를 분비하는 조절 T 세포는 RORγt, CCR6를 발현하고 IL-17A를 분비하는 Th17 계열의 특성을 공유하는 가변성을 보이고 있었으며, 이러한 기능적 가변성이 조절 T 세포의 기능 부전의 원인으로서 기여하고 있음을 알 수 있었다.
결국, 본 연구에서는 급성 바이러스성 감염에서 조절 T 세포가 수적으로 감소함과 동시에 기능적 가변성을 나타냄으로써 그 기능이 저하되어 있으며, 이로 인해 면역병리가 적절히 통제되지 못한 채 조직 손상이 증가함을 밝힐 수 있었다.
