E prostanoid receptor 4 expressing macrophages mediate mucosal repair by production of Cxcl1 during colitis

Abstract

Restoration of epithelial barrier function prevents chronic inflammation upon facing intestinal microflora when tissue damages have occurred. Dysfunctional tissue regeneration is commonly considered to be a cause of inflammatory bowel diseases (IBDs). Macrophage is a fundamental component of wound healing, however, the key elements for generating a tissue regenerating phenotype of intestinal macrophage remain elusive. Here I found that E prostanoid receptor 4 (EP4) expression in macrophages is critically required for tissue regeneration in a damaged intestinal milieu. Csf1r-Cre/Esr1EP4fl/fl mice did not go through appropriate tissue regeneration with shortened colon length and prolonged disease activity index after recovery phase of dextran sodium sulfate induced colitis model. EP4+ macrophages are marked by high CD206 expression and high intracellular cAMP level at the resolution phase of colitis, implicating a functional significance of EP4 in the formation of wound healing macrophages. RNA sequencing from sorted macrophages identified a Cxcl1 secreted from EP4+ intestinal macrophages as a driving factor for the epithelial proliferation from regenerating crypts via the PGE2/EP4/MAPK signaling axis. These studies thus define an important role of EP4 expression on intestinal macrophages to revive damaged epithelium.

장 조직이 손상되었을 때 장 상피세포 장벽의 회복은 장관내 미생물 균총을 격리하여 만성적인 염증이 일어나는 것을 막아준다. 따라서 장 조직의 재생이 제대로 일어나지 않으면 장관내 미생물에 대한 면역반응이 지속적으로 일어나 염증성 대장염을 야기하게 되며 질환으로부터의 완전한 회복을 위해서는 손상된 장 조직이 적절한 재생을 거쳐 해부학적 장벽을 형성해야 한다. 큰포식세포는 상처 치유의 기본적인 요소 중에 하나로 잘 알려져 있으나 장에 있는 큰포식세포의 조직 재생 능력에 기여하는 주요한 요소가 무엇인지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 큰포식세포에서 지질매개인자인 PGE2의 수용체 중 하나인 EP4 수용체의 발현이 손상 받은 장 조직 재생에 핵심적으로 관여하는 것을 증명하였다. 먼저 큰포식세포 특이적으로 EP4를 발현하지 않는 마우스 (Csf1r-Cre/Esr1EP4fl/fl)를 제작하여 대장염을 일으킨 후 장염의 회복기에 여전히 짧은 장 길이 및 높은 질병 활성도 등을 확인하여 장염의 회복이 잘 일어나지 않음을 확인하였다. 또한 EP4 를 발현하는 큰포식세포는 CD206를 높게 발현하고 있었으며 세포 내 cAMP 를 많이 발현하고 있었다. 이는 EP4가 상처치유 큰포식세포 형성에 중요한 기능을 하고 있음을 암시하고 있다. 더 나아가 회복기 시기의 큰포식세포에 대한 대단위 유전체 분석을 통하여 EP4 신호전달 체계에 의한 큰포식세포의 조직재생능력 향상과 연관 있는 분자생물학적 기전을 확립하고자 하였다. 대단위 유전체 분석을 통하여 Cxcl1 의 발현이 Csflr-EP4-/- 마우스 유래 장 큰포식세포에서 크게 감소하는 것을 확인하였으며, Cxcl1 이 PGE2/EP4/MAPK 신호전달 체계를 통해서 crypt 의 분열을 도와 장 상피세포 분열을 촉진시킬 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과로 염증성 대장염 모델의 조직 수복 시기에 조직의 적절한 재생이 이루어지기 위하여 EP4에 의한 큰포식세포의 PGE2/EP4/MAPK 신호전달체계 활성이 필요함을 확인하고 장 손상에 대한 재생 유도 반응의 전체적인 세포간 네트워크에서 큰포식세포가 Cxcl1생산을 통하여 관여하는 분자생물학적 기전을 새롭게 밝혔다.