Differential Effects of Vitamin D Supplementation on Natural Killer Cell Activity in Normal and Obese Mice

Abstract

비타민 D는 면역 조절 효과가 있으며 적응면역뿐만 아니라 내재면역의 기능에도 관여한다는 것이 알려져 있다. 비타민 D는 적응면역의 작용은 억제하며, 내재면역의 경우 단핵구가 대식세포로 분화하는 것을 촉진하고, 수지상세포의 성숙과 분화는 억제하는 것으로 보고되었다. 그러나 비타민 D가 자연살해세포의 기능에 미치는 영향에 관한 연구는 부족한 실정이고, 선행된 연구의 대부분이 비타민 D가 자연살해세포의 기능에 미치는 영향을 세포에 직접 비타민 D를 처리하여 효과를 살펴본 연구이며 상반된 결과를 보여주고 있다. 따라서, 본 연구에서는 식이를 통한 비타민 D의 보충에 따른 자연살해세포의 기능 변화를 살펴보고자 하였고, 비만이 자연살해세포의 살해능력에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 5주령의 C5BL/6 마우스를 지방의 함량 (10% 또는 45%의 총 지방 함량

CD, HFD)과 비타민 D의 수준 (식이 kg당 50, 1000, 10000 IU

DD, DC, DS)에 따라 6 그룹으로 구분하여 12주 동안 식이를 공급하였다. 자연살해세포의 살해능력, 사이토카인 분비, 활성 수용체의 발현, 탈과립성을 측정하였다. 체중, 식이 섭취량, 백색지방량, 혈중 렙틴 농도, 자연살해세포의 살해능력, 비장면역세포의 비율, 자연살해세포 및 T 세포로부터 세포 내 IFN-γ의 발현 및 세포 표면 NKG2D와 CD107a의 발현을 측정하였고, 비장면역세포에서 자연살해세포의 기능 및 비타민 D의 대사와 관련된 지표를 확인하였다. 그 결과, 12주 후의 체중 및 체중 변화, 백색지방 무게는 고지방 식이 섭취군에서 높았고, 혈중 렙틴 농도도 고지방 섭취군에서 대조군 보다 더 높음을 확인하였다. 자연살해세포의 살해능력은 대조군에서는 비타민 D의 보충군에서 높았으나 고지방 섭취군에서는 비타민 D의 보충 효과가 관찰되지 않았다. 비장면역세포의 비율을 분석한 결과, 성숙한 자연살해세포 (CD11b+)와 미성숙한 자연살해세포 (CD11b-)의 비율이 고지방 섭취군에서 대조군에 비해 낮았고, 대조군에서는 비타민 D 보충군이 비타민 D 결핍군보다 더 높은 비율을 나타냈다. 비장면역세포에서 자연살해 T 세포의 비율은 대조군에서는 비타민 D에 의해 비중이 증가되었으나, 고지방 섭취군에서는 유의적인 차이가 없었다. PMA (50 ng/mL)/Ionomycin (0.5μM)으로 4시간 동안 자극한 자연살해세포에서 발현된 세포 내 IFN-γ 및 세포표면 NKG2D와 CD107a 수준은 비만이나 비타민 D의 섭취 수준에 의한 영향이 없었으나, CD8+ T cell에서의 CD107a 발현은 비타민 D 보충군에서 낮게 나타났다. 또한, 비장면역세포에서 발현되는 Ifng와 Ccl5의 수준은 대조군에 비해 고지방 섭취군에서 유의적으로 낮았으나, Vdr과 Vdup1의 발현은 비타민 D나 비만에 의한 영향이 없었다. 결론적으로, 본 연구에서는 비타민 D을 경구 보충하였을 때 대조군에서 자연살해세포의 살해능력을 상승시켰으나 고지방 섭취군에서는 영향을 주지 못함을 확인하였고, 이러한 대조군에서의 효과는 자연살해세포의 비율 변화가 영향을 주었을 것으로 생각된다. 본 연구는 비타민 D가 자연살해세포를 자극하는 요인으로 작용함으로써 선천면역 반응의 향상에 기여할 수 있다는 것을 확인한 점에서 의의가 있다고 사료된다.

Vitamin D has immunoregulatory effects on both innate and adaptive immunity. Vitamin D has been reported to induce differentiation of monocytes into macrophages, inhibit maturation and differentiation of dendritic cells, and suppress adaptive immunity. There have been in vitro studies showing contradictory results regarding the role of vitamin D on NK cell functions, but little is known about this in vivo. The present study investigated whether vitamin D supplementation (50, 1000, or 10000 IU/kg of diet: DD, DC, or DS) affects NK cell functions in mice fed a control or high fat diet (10% or 45% kcal fat: CD or HFD) for 12 weeks. NK cell activity was assessed using radioisotope 51Cr release assay against YAC-1 target cells and splenocyte subpopulation was measured by FACS analysis. Intracellular expression of IFN-γ by NK cells, CD4+ T cells, and CD8+ T cells, and surface expression of NKG2D and CD107a were determined by FACS analysis upon stimulation of splenocytes with PMA (50 ng/mL)/ionomycin (0.5 μM) for 4 hours. The splenic NK cell activity was significantly higher in the CD-DS group than the HFD-DS group, and the CD-DS group showed significantly higher NK cell activity compared with the CD-DD and CD-DC groups, but no difference in NK cell activity was observed among the HFD groups fed different vitamin D levels. Of note, the splenic population of NK cells was significantly higher in the CD-DS group than the HFD-DS group. However, no significant differences were observed in the intracellular expression of IFN-γ and the surface expression of NKG2D and CD107a in NK cells by both dietary fat and vitamin D content. The splenic mRNA expression of Ifng and Ccl5 were significantly lower in the HFD groups compared with the CD groups, but there was no difference in the mRNA levels of Vdup1 and Vdr among the groups. Taken together, these results suggest that dietary vitamin D supplementation can modulate innate immunity by increasing NK cell activity in control mice but not in obese mice, which is presumably mediated through alternation of the splenic NK cell population.