Toll-like Receptor 2 Mediates Peripheral Nerve Injury-induced NADPH Oxidase 2 (Nox2) Expression in Spinal Cord Microglia

Abstract

말초신경손상에 의해 척수의 소교세포에서 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되고, NADPH 산화효소 2가 척수 신경교세포의 활성화와 통증과민화에 중요한 역할을 수행한다는 사실들이 선행 연구에 의해 밝혀졌다. 하지만 척수 소교세포에서 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되는 기전에 대해서는 아직까지 잘 알려져 있지 않다. 그런데, 또한 톨유사수용체들이 척수 소교세포의 활성화에 관련되어 있다는 사실들이 여러 선행 연구자들에 의해 보고되었다. 본 연구에서는 말초신경손상에 의해 척수 소교세포에서 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되는데 있어서, 척수 소교세포의 활성화에 수반되는 것으로 알려진 톨유사수용체들의 역할에 대해 조사하였다. 톨유사수용체 2 유전자가 적중된 생쥐의 척수 소교세포에서는 말초신경 손상이 유도한 NADPH 산화효소 2의 발현 증가가 완전히 억제 되었지만, 반면 톨유사수용체 3 또는 4 유전자가 적중된 생쥐에서는 대조군 생쥐에서처럼 말초신경 손상에 의해 척수 소교세포에서 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되었다. 톨유사수용체의 자극제로 잘 알려진 LTA를 척수로 주사했을 경우에도 척수 소교세포에서 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가 되었다. 또한 척수로부터 배양한 신경교세포에 LTA를 처리하면 NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되고 그리고 활성 산소종의 생산이 유도되었다. NADPH 산화효소 2의 발현이 증가되는데 있어서 세포 내의 신호전달 경로를 규명하기 위한 연구를 수행한 결과, 척수 신경교세포에서 톨유사수용체 2가 유도한 NADPH 산화효소 2의 발현 증가를 위해 p38 분열물질-활성화단백질인산화효소 (mitogen-activated protein kinase: MAPK)의 작용이 중요하다는 사실을 확인하였다. 결론적으로 말초신경 손상 이후 척수 소교세포에서 톨유사수용체 2가 NADPH 산화효소 2의 발현을 중재하며, 따라서 톨유사수용체 2가 척수 소교세포의 활성화에 기여할 수 있다.

It has been previously reported that NADPH oxidase 2 (Nox2) is upregulated in the spinal cord microglia after spinal nerve injury, which is critical for microglia activation and subsequent pain hypersensitivity. However, the mechanisms or molecules involved in the Nox2 induction have not been elucidated. Previous studies showed that Toll-like receptors (TLRs) are involved in the nerve injury-induced spinal cord microglia activation. In this study, I investigated the role of TLR in Nox2 expression in spinal cord microglia after peripheral nerve injury. Studies using TLR knock-out mice show that nerve injury-induced microglial Nox2 upregulation is abrogated in TLR2, but not TLR3 or 4 knock-out mice. Intrathecal injection of lipoteichoic acid (LTA), a TLR2 agonist, induced Nox2 expression in the spinal cord microglia both at the mRNA and protein levels. Similarly, LTA stimulation induced Nox2 expression and reactive oxygen species production in primary spinal cord glial cells in vitro. Studies on intracellular signaling pathways indicate that p38 MAP kinase activation is required for the TLR2-induced Nox2 expression in spinal cord glial cells. Conclusively, these data show that TLR2 mediates nerve injury-induced Nox2 gene expression in spinal cord microglia, thereby may contribute to spinal cord microglia activation.