Effects of Vitamin C Supplementation on PBMC and Transcriptome Profiles in Healthy Young Adults

Abstract

비타민 C (아스코르브산)는 면역 반응을 포함한 여러 생화학 반응에 활성산소 (ROS)를 제거하는 항산화제 또는 수산화효소의 조효소로써 작용하는 필수 미량 영양소이다. 비타민 C 결핍과 불량 상태는 흔히 관찰되며, 특히 2-30대 연령층에서 혈중 비타민 C 농도와 식이 섭취량이 가장 낮다. 비타민 C가 면역세포의 활성화, 증식 및 분화를 증가시킴으로써 면역력을 향상시킨다는 in vitro 실험 또는 동물 실험 연구들이 보고되고 있으나, 비타민 C 보충이 사람의 세포성 면역 체계와 전사체에 미치는 영향에 대한 연구가 부족하며, 인간 대상 중재 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 혈중 비타민 C 농도가 낮고 식이 섭취량이 적은 건강한 젊은 성인을 대상으로 비타민 C 보충이 말초혈액단핵세포 (PBMC) 의 조성 및 유전자 발현 프로파일에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 19-39세의 건강한 성인 46명이 4주간의 무작위배정, 이중맹검, 위약대조 중재연구에 참여하였다. 피험자들은 1000 mg/day 용량의 비타민 C 고함량 음료를 섭취하는 비타민 C 군 또는 위약대조 군에 배정되었다. 베이스라인과 중재 후에 혈청 비타민 C 농도를 HPLC로 측정하였고, 유세포 분석을 통해 PBMC의 면역세포 분포를 분석하였다. 또한 RNA 시퀀싱을 사용하여 PBMC의 mRNA 전사체 프로파일에 대한 비타민 C 보충 효과를 조사하였다. 본 연구 결과, 비타민 C 군에서 중재 후 혈청 비타민 C 농도는 중재 전에 비하여 2배 가량 증가하였다. RNA 시퀀싱 결과, 세포 매개 면역 반응, 특히 T 세포 발달과 분화에 관련된 유전자의 발현량에 군 간 유의한 차이가 있었다. T 세포 신호 전달에 관여하는 NF-κB 활성화 경로가 비타민 C 군에서 하향 조절되었다. 비타민 C 보충은 PBMC에서 T 세포 빈도를 증가시켰으며, 특히 CD8+ T 세포와 naïve T 세포의 비율을 증가시켰다. 또한 비타민 C 군의 CD4+ T 세포와 CD8+ T 세포 아집단에서 CD28+ 세포의 비율과 CD28의 발현량이 더 높았다. 결론적으로, 불충분한 비타민 C 상태에 있는 젊은 성인에게 4주간의 비타민 C 보충은 PBMC에서의 CD8+ T 세포, naïve T 세포, 및 CD28 T 세포의 비율을 증가시키고 NF-κB 신호 전달 과정과 T 세포 매개 면역 반응에 관련된 전사체 네트워크를 하향 조절하였다. 이는 비타민 C가 세포 매개 면역, 특히 T 세포 항상성을 조절할 수 있음을 시사한다.

Vitamin C (ascorbic acid) is an essential micronutrient which is a reactive oxygen species (ROS) scavenging antioxidant and a cofactor for hydroxylases involved in several biological processes including immune responses. Vitamin C deficiency and poor vitamin C status are common, with the lowest serum vitamin C levels and dietary intakes observed among individuals aged 19-39 y. In vitro and animal studies have been reported that vitamin C improves immunity by increasing activation, proliferation, and differentiation of immune cells. However, human interventional studies are limited, and only few studies have investigated the effects of vitamin C supplementation on cell-mediated immunity and the transcriptome in humans. Here, we aimed to investigate the effects of vitamin C supplementation in peripheral blood mononuclear cell (PBMC) populations and the gene expression profiles among healthy young adults with insufficient serum vitamin C levels and low vitamin C intakes. A total of 46 healthy young adults aged 19-39 y participated in a 4-week randomized, double-blind, placebo-controlled trial. Subjects were assigned to either the vitamin C group consuming 1000 mg/day dose of vitamin C-rich drink or the placebo group. The serum vitamin C level was estimated using HPLC, and immune cell frequencies were analyzed using flow cytometry at the baseline and after the intervention. We also examined the effects of vitamin C supplementation on the mRNA transcriptome profile of PBMCs using RNA sequencing. The vitamin C group had significantly increased serum vitamin C concentrations of up to 2-fold over the baseline measures. RNA sequencing results showed that DEGs are enriched in cell-mediated immune response, particularly T cell development and differentiation. The canonical NF-κB activation pathway involved in T cell signaling was significantly downregulated in the vitamin C group. Vitamin C supplementation also increased total T cell frequencies, specifically CD8+ T cell and naïve T cell frequencies in PBMCs. In addition, there were higher percentages of CD28+ T cells and CD28 expressions on CD4+ and CD8+ T cell subsets in the vitamin C group. In conclusion, among young adults with an insufficient vitamin C status, a 4-week supplementation of vitamin C increases CD8+, naïve, and CD28+ T cell frequencies in PBMCs and downregulates transcriptional networks of NF-κB signaling and T cell-mediated immune response. These findings show that vitamin C may regulate cell-mediated immunity, particularly T cell homeostasis.