Induction of Th2-related mucosal immunity by intranasal immunization of Brucella abortus malate dehydrogenase loaded chitosan nanoparticles

Abstract

본 연구에서는 Brucella abortus의 중요한 항원 중 하나인 malate dehydrogenase (Mdh)가 담지 된 키토산 나노입자를 BALB/c 마우스 모델에서 비강 내로 면역 후 유도되는 점막 면역 반응에 대해 조사하였다. In vitro 실험으로 인간 백혈병 단핵구 세포 (THP-1 세포)에서 단백질이 담지 된 키토산 나노 입자를 자극 후 사이토 카인 생성을 조사 하였다. Mdh가 담지 된 키토산 나노입자 (CNs-Mdh)로 자극 한 세포에서는 단백질로만 자극한 세포와 TF가 담지 된 키토산 나노입자 (CNs-TF)로 자극 한 세포보다 높은 interleukin(IL)-6 생산을 유도하였다. In vivo 실험에서는 비강 내로 면역 된 마우스에서 ELISpot을 사용하여 사이토카인 및 항체 분비 세포를 정량화하였으며, ELISA를 이용한 항체 분석을 진행하였다. ELISpot 분석 결과, CNs-Mdh 면역 군에서 면역 후 4주 및 6주 후에 각각 IL-4 및 IgG 분비 세포가 증가하는 것으로 나타났다. ELISA 결과, 면역 후 6 주째에 Mdh 특이적 IgG, IgG1 및 IgG2a 항체의 증가가 확인되었으며, 특히 IgG1의 우세한 반응이 관찰되었다. 비강 내로 면역화 된 마우스의 점막 면역 반응을 분석 한 결과 CNs-TF 면역 군에 비해 CNs-Mdh 면역 군의 비강 세정액의 총 IgA를 제외하고 비강 세정액, 생식기 분비액, 분변 추출액 및 혈청에서 Mdh 특이적 IgA와 총 IgA가 유의적으로 증가 된 수치를 나타내었다. 따라서, 이러한 결과는 B. abortus Mdh 항원이 담지 된 키토산 나노입자를 마우스의 비강 내로 면역시켰을 때, Th2 관련 면역 반응과 동시에 항원 특이적 점막 면역 반응을 효과적으로 유도한다는 것을 나타낸다.

The aim of this study was to investigate the induction of mucosal immune responses by intranasal immunization of an important Brucella abortus antigen, malate dehydrogenase (Mdh), loaded in mucoadhesive chitosan nanoparticles (CNs) in a BALB/c mouse model. The production of cytokines was investigated in human leukemic monocyte cells (THP-1 cells) after stimulation with the nanoparticles. Mdh-loaded CNs (CNs-Mdh) induced higher interleukin (IL)-6 production than unloaded antigens and trigger factor (TF) loaded CNs (CNs-TF). Using ELISpot to quantify cytokines and antibody-secreting cells in the intranasally immunized mice, IL-4 and IgG-secreting cells were found to be significantly increased at 4 weeks and 6 weeks post-immunization in the CNs-Mdh immunized group, respectively. Increases in Mdh-specific IgG, IgG1, and IgG2a antibodies were confirmed at 6 weeks after immunization, indicating a predominant IgG1 response. Analysis of the mucosal immune response in the intranasally immunized mice revealed that Mdh-specific and total IgA in the nasal washes, genital secretions, fecal extracts and sera were remarkably increased in the CNs-Mdh-immunized group compared to the CNs-TF-immunized group except total IgA of nasal washes. Therefore, the results indicated that the intranasal immunization of CNs-loaded B.abortus Mdh antigen effectively induced antigen-specific mucosal immune responses through the elicitation of Th2-related immune responses.