Rapid induction of Type Ⅲ interferon can resist to initial Influenza virus in allergic asthma

Abstract

In general, Asthmatic have been known as being vulnerable to attack by respiratory viral infection. That is because asthmatic lungs are damaged by inflammation. So they can get worse more easily by a viral infection. But, here we found a few experimental results could demonstrate that asthmatic mice are not highly susceptible to Influenza A virus(IAV) during the early stage of infection. C57BL/6 mice with asthma were infected by IAV(WS/33: H1N1) and from these model we measured body weight, viral mRNA level, viral titer, histopathological analysis and cytokines profiles including interferons(IFNs) and T helper type 2 cell(Th2) compared to IAV-infected non-asthmatic mice. Contrary to expectations, The results showed that there was a significantly decrease viral load on 7 days post infection(dpi) in IAV-infected asthmatic mice. Further, the reduction of Th2 cytokines secretion was observed and it led to decrease inflammation caused by Th2 cytokines in lung tissue. We measured for the changes in the secretion rate of IFNs and Th2 cytokines over 7 days, we found that a remarkable increase of Type Ⅲ IFN in early infection accompanied with a remarked decrease of Th2 cytokines. These are thought to be related to rapid induction of Type Ⅲ IFN in early stage. Actually, when neutralizing and recombinant Antibody(Ab) of Type Ⅲ IFN was administered to asthmatic mice, it was observed that each of which was worse or better result. In conclusion, rapid induction of Type Ⅲ IFN after IAV infection activates immune response to resist initial viral spread.

배경 : 천식에 걸렸을 때, 기도는 염증이 생기고 부풀어 올라 좁아지게 됩니다. 천식에서는 2형 보조 T세포(Th2 cell)에서 분비되는 IL-4, IL-5, IL-13과 같은 물질에 의해 알레르기 염증 반응이 유발되는데, 2형 보조 T세포의 면역 반응 (Th2 immune response)이 상대적으로 우세하게 나타나면서 염증이 심화되게 됩니다. 2형 면역(Th2)의 과발현은 1형 면역(Th1)을 저하시켜 바이러스에 대한 방어 기전을 약화시킨다고 추정 되기 때문에, 천식은 호흡기에 감염되는 바이러스, 특히 인플루엔자 바이러스에 취약할 것이라 여겨집니다.

목적: OVA로 유도된 천식 마우스 모델을 바탕으로, 실제로 인플루엔자 A형 바이러스(IAV)를 감염시켰을 때, 정상 마우스에 비교하여 더 감염에 취약한지 알아보고, 감염 후 7일 동안 마우스의 폐에서 일어나는 면역 기전에 대해 알아보고자 이 실험이 시행되었습니다.

방법: B6 마우스에 오브알부민(OVA)을 두 번씩 이주 간격으로 복강 주사 후, 일주일 뒤 네 번의 비강 내 주입으로 천식을 유도시킵니다(N=5). 그리고, 천식을 유도시키지 않은 마우스(N=5)와 함께 213pfu/ml의 농도로 인플루엔자 A형 바이러스를 비강 내 주입시켜 바이러스에 감염된 상태로 만들어 줍니다. 감염 후 일주일 동안 체중을 측정하고, 0,1,3,5,7일 별로 폐 조직에서의 바이러스의 유전자(viral mRNA) 발현 정도, 바이러스 수치(viral titer), 폐 조직의 조직학적 소견, 인터페론 유전자(interferon mRNA)의 발현 정도와 단백질의 분비 정도를 비교 분석해보았습니다. 또한, 천식 마우스에 인터페론 람다와 감마의 중화 항체(neutralizing Antibody)를 투여하여 세포 밖으로 분비된 람다와 감마의 기능을 억제한 다음에 바이러스 감염 정도를 확인하는 실험이 있었고, 외부에서 추가로 재조합 인터페론 람다 단백질(Recombinant protein)을 투여하고 난 후에 그 효과를 확인해보는 실험을 진행하였습니다.

결과: 천식이 유도된 마우스와 정상 마우스에 각각 인플루엔자 A형 바이러스를 감염시키고 7일 동안 관찰해보았을 때, 바이러스의 mRNA 발현 정도와 바이러스 수치(viral titer)가 천식 마우스에서 더 낮게 나타난 것을 확인할 수 있었습니다. 분비된 면역인자를 보면, 천식 마우스에서 인터페론 람다가 감염 후 1일째에 급격하게 증가하는 것과, 인터페론 감마가 7일째에 가장 높은 수치로 분비되는 것을 볼 수 있습니다. 또한, 람다의 초기 유도에 의해서 2형 보조 T세포 사이토카인(Th2 cytokines)인 IL-4,-5,-13이 유의하게 감소하였고, 폐 조직 슬라이드에서는 7일 동안 시간이 지날수록 염증 세포의 침윤 정도가 완화되는 것을 관찰할 수 있었습니다. 인터페론 람다, 감마의 중화 항체를 투여해 주는 실험을 통해서는, 각각 인터페론 람다와 인터페론 감마의 효과를 억제한 상태에서의 면역 반응을 확인해 볼 수 있었습니다. 그 결과로는 람다의 중화 항체를 투여한 천식 쥐에서 바이러스 감염 정도가 높게 나타나고, 인터페론 람다와 감마의 분비량은 줄어드는 것을 발견했습니다. 감마의 중화 항체를 투여한 쥐에서도 비슷한 결과로 염증이 심화되고 바이러스 수치도 증가하는 양상을 보였지만, 인터페론 람다의 분비량은 줄어들지 않고 유지하는 것을 알 수 있었습니다. 감염 후 7일 이후로 경과를 보았을 때, 감염 천식 쥐에서 급격한 체중의 감소와 함께 사망률이 증가하였고, 인터페론 람다와 감마 분비량의 급격한 감소와 염증 유발 사이토카인 발현의 증가가 나타났습니다. 이렇게 인터페론 람다의 분비가 감소된 상태에서 재조합 인터페론 람다 단백질을 추가로 투여해 주면, 외부에서 주어진 인터페론 람다에 의해서도 항바이러스 효과가 나타나 감염 정도가 약화되는 것을 확인할 수 있었습니다.

결론: 천식 마우스는 바이러스 감염에 취약할 것이라는 예상과 다르게, 감염 초기 빠르게 유도 되는 인터페론 람다에 의해 바이러스 저항성을 가지게 된다는 것을 알게 되었습니다. 인터페론 람다의 분비가 인터페론 감마의 분비를 증가시키고 2형 사이토카인의 분비를 감소시키면서 염증을 완화시키고 바이러스가 주변 세포로 퍼지는 것을 막아 주게 됩니다. 인터페론 람다에 의한 선천성 면역 반응은 초기에만 나타나는 것으로 관찰 되지만, 외부에서 추가적으로 주어지는 인터페론 람다 단백질에도 항바이러스 효과를 나타낸 다는 것을 알게 되었기 때문에, 인터페론 람다가 천식 환자에서 바이러스 감염의 치료제로 사용될 수 있을 것으로 보여집니다.