Wnt 신호에 의한 인간 Th17 세포 분화 조절 및 NKT 세포 리간드의 비강 백신 adjuvant 활용 연구

Abstract

Wnt/β-catenin 신호는 초기 배발생, 종양 형성 등의 과정 동안 중요한 역할을 하며, T 세포에서는 Th2 세포로의 분화를 촉진한다. 그러나 인간 Th17 세포의 분화와 유지에 있어 Wnt 신호의 역할은 아직까지 명확하지 않다. 본 연구에서는 퇴행성 관절염 환자와 비교하여 류마티스 관절염 환자의 관절 활액에서 IL-17이 증가되어 있으며, 이는 Wnt/β-catenin 경로의 억제제인 sFRP1농도의 증가와 상관관계가 있음을 관찰하였다. T 세포 수용체를 매개로 한 자극시에 sFRP1의 첨가는 naïve CD4+와 memory T 세포에 의한 IL-17 생산을 현저히 증가시켰다. 더욱이 Th17 분화 조건에서는, sFRP1 첨가가 TGF-β에 대한 요구를 현저히 감소시켰다. 메커니즘적으로, sFRP1은 TGF-β 자극시 CD4+ T 세포에서 Smad2/3의 인산화를 증가시켰으며, TGF-β 신호의 억제는 sFRP1의 Th17 촉진 활성을 사라지게 하였다. 종합적으로 이번 연구 결과는 인간 Th17 세포 분화의 강력한 유도제로서 sFRP1의 고유한 기능을 보여주었다. 따라서 sFRP1은 인간에서 Th17세포를 매개로 하는 질환의 치료에 유망한 표적이 될 수도 있을 것으로 기대된다.

α-galactosylceramide (α-GalCer)는 안전하고 효과적인 비강 백신 adjuvant로 암과 바이러스 감염에 대한 효과적인 방어면역반응을 유도한다. 본 연구에서는 CD1d/당지질 구조에 근거하여 가지구조를 포함하도록 설계된 두 가지 α-GalCer 유도체들, KBC-007과 KBC-009의 비강 독감 백신 adjuvant로서의 효과를 평가하였다. 이들 유도체들은 α-GalCer보다 용해도가 개선되었으며 마우스와 인간의 자연살해 T 세포를 강하게 자극하였다. in vivo 혈청 사이토카인 분석 결과 서로 다른 사이토카인 분비 프로필을 유도하여, KBC-009는 Th1/Th2 사이토카인을 모두 유도한 반면 KBC-007은 Th2로 편향된 사이토카인 반응을 유도하였다. 불활성화된 독감 바이러스 A/PR/8/34 (PR8)와 함께 α-GalCer 유도체를 단일 투여로 면역화하였을 때 전신과 점막부위에서 항원 특이적인 체액성과 세포성 면역 반응이 강화되었다. 특히, KBC-009는 불활성화된 PR8 단독 면역화와 비교하여 현저히 증가된 전신 IgG와 점막 IgA 항체 역가와 세포 독성 T 세포 생성을 유도하는 등 강한 adjuvant 활성을 나타내었다. 이와 대조적으로 KBC-007의 첨가는 PR8 특이적인 면역 반응을 미미하게 증가시켰다. 바이러스 감염에 대한 KBC-009의 방어 효과는 α-GalCer의 경우와 유사하였다. 이를 통하여 가지구조를 포함한 α-GalCer 유도체가 독감 바이러스 감염에 대한 방어 면역 반응을 유도할 수 있는 효과적인 점막 adjuvant로 사용될 수 있다는 것을 확인하였다.

Wnt/β-catenin signaling plays a crucial role during embryogenesis and tumorigenesis and in T cells, promotes the differentiation of Th2 cells. However, the role of Wnt signals in the differentiation and maintenance of human Th17 cells remains poorly understood. We found that the higher levels of IL-17 in the synovial fluid of rheumatoid arthritis (RA) patients compared to osteoarthritis (OA) patients were associated with a higher concentration of sFRP1, an inhibitor of the Wnt/β-catenin pathway. The addition of sFRP1 during TCR-mediated stimulation induced a significant increase in IL-17 production by both naive CD4+ and memory T cells. Moreover, under Th17-differentiation conditions, the addition of sFRP1 significantly reduced the requirement for TGF- β. Mechanistically, we observed that sFRP1 significantly enhanced the phosphorylation of Smad2/3 in CD4+ T cells upon TGF- β stimulation and that blocking TGF-β signaling abolished the Th17-promoting activity of sFRP1. Our findings reveal a novel function for sFRP1 as a potent inducer of human Th17 cell differentiation. Consequently, sFRP1 may represent a promising target for the treatment of Th17-mediated disease in humans.

α-Galactosylceramide (α-GalCer) is a safe and effective adjuvant for nasal vaccines and induces protective immune responses against tumors and viral infections. In our previous study, the fatty acyl chains of α-GalCer were modified based on the CD1d/glycolipid structure to generate α-GalCer analogues with branched acyl chains. In this study, two α-GalCer analogues, KBC-007 and KBC-009, that have different branched chain lengths were prepared and evaluated for their efficacy as nasal influenza vaccine adjuvants. These analogues displayed improved solubility over α-GalCer and potently stimulated NKT cells in both murine and in vitro human systems. Examination of serum cytokines in vivo revealed that these analogues elicited different cytokine release profiles compared to α-GalCer. KBC-009 induced both Th1/Th2 cytokines, whereas KBC-007 induced a more Th2-polarized cytokine response with diminished IFN-γ production. We found that a single immunization of inactivated influenza virus A/PR/8/34 (PR8) combined with α-GalCer analogues enhanced PR8-specific humoral and cellular immune responses in both systemic and mucosal compartments. Notably, KBC-009 exhibited potent adjuvant effects, inducing significantly higher systemic IgG and mucosal IgA antibody titers and enhancing cytotoxic T lymphocyte generation when compared to immunization with inactivated PR8 alone. In contrast, addition of KBC-007 to inactivated PR8 only marginally increased PR8-specific immune responses. The protective effect of KBC-009 against challenge infection was comparable to the effect produced by α-GalCer. These results suggest that an α-GalCer analogue with a branched acyl chain could be used as an effective mucosal adjuvant for the induction of protective immune responses against influenza virus infection.