Discovery of novel antibody in autoimmune encephalities

Abstract

Objective Discovering novel antibody enables diagnosis and early treatment of the autoimmune encephalitis. I discovered a novel antibody targeting a synaptic receptor and characterized the pathogenic mechanism.

Method I screened for unknown antibodies in serum and CSF samples from autoimmune encephalitis patients. Samples with reactivity to rat brain sections and no reactivity to conventional antibody tests underwent further process for antibody discovery, using immunoprecipitation to primary neuronal cells, mass-spectrometry analysis, antigen-binding assay on antigen-overexpressed cell line and cultured hippocampal neurons.

Results Two patients had a novel antibody against CaVα2δ(voltage-gated calcium channel alpha-2/delta subunit). The patient samples stained neuropils of the hippocampus, basal ganglia, and cortex in rat brain sections and bound to a CaVα2δ-over expressing cell line. Knockdown of the CaVα2δexpression in cultured neurons turned off the immunoreactivity of the patients antibody to the neurons. The patients were associated with preceding meningitis or neuroendocrine carcinoma, and responded to immunotherapy.

Interpretation Here, I found a novel autoimmune encephalitis associated with anti- CaVα2δantibody. Further analysis of the antibody in autoimmune encephalitis might promote the early diagnosis and treatment.

자가면역 뇌염은 최근 수 년 동안 많은 연구들을 통해 새롭게 밝혀 지고 있는 희귀질환 중의 하나이다. 이는 뇌신경계에 존재하는 항원 단백질에 대한 병적 자가항체가 생성되어 염증을 일으키면서 발병하게 된다. 그리고 기억 소실, 뇌전증 발작, 이상행동, 의식저하 등 증상이 수일, 수주에 걸쳐 진행되어 건강하던 사람이 갑자기 뇌기능이 소실되면서 심한 경우 중환자실 치료까지 필요한 중증 뇌질환이다. 소아 및 젊은 성인에서의 발병도 가능하며, 자가항체의 종류 및 병변 위치에 따라, 운동/감각장애 뿐 만 아니라 인지기능 장애, 의식 수준 장애, 경련 등 다양한 신경학적 이상 증상이 발생할 수 있고, 워낙 발현 양상이 다양해서 비특이적 뇌병증 및 정신과적 질환 등과의 초기 감별이 어렵다. 임상 증상 및 여러 실험실 검사 (채혈, 뇌척수액 검사, 영상 검사 등) 등의 소견을 종합해 판단해야 하며, 구체적인 종류에 따라 면역 치료제에 대한 치료 반응 및 장기적 예후들이 다르게 된다. 따라서 자가면역 뇌염에서 새로운 항체의 발굴은 조기 진단으로 초기에 면역치료제의 치료로 치료결과를 향상을 가능케 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 시냅스 수용체를 약물 표적화 하는 새로운 항체를 발굴하고, 이 발굴된 새로운 항체의 항원 항체 반응을 증명하고, 또한 이와 연관된 메커니즘을 규명하고자 한다. 먼저 자가면역 뇌염 환자들의 혈청(Serum)과 뇌척수액(CSF)을 가지고, 기존의 잘 알려지지 않은 자가면역 항체들을 검사하여 랫트 뇌 섹션에 반응성을 가지고 있으면서 기존의 항체검사에서 반응성을 보이지 않는 샘플들을 가지고, primary hippocampal neuronal cells에서의 면역침강법과 면역염색범을 통하여 샘플을 확보하고, 이를 질량분석법으로 분석하여 후보군을 선정하였다. 그리고 이 후보군 중에서 선정된 새로운 항원이 과발현하는 세포주에서의 항원 결합분석법 등과 같은 분석법을 사용하여 항체 발굴을 진행하였다. 이에 그동안 수집된 환자샘플들 중에서 2명의 환자가 CaVα2δ(voltage-gated calcium channel alpha-2/delta subunit)에 반하는 새로운 항체를 가지고 있었다. 이 환자들의 샘플은 렛트 뇌 섹션에서 해마(hippocampus), 바닥핵(basal ganglia), 대뇌피질(cortex)에서 신경그물(neuropil) 부분이 염색이 관찰되었고, CaVα2δ를 과발현시킨 세포주에서도 밀접하게 연관되어 반응하는 것을 확인하였다. 뿐만 아니라 배양된 신경세포(primary hippocampal neuronal cells)에서 CaVα2δ발현을 억제하면 신경세포에서의 환자항체에 대한 면역반응성이 크게 감소하였다. 특히 이 환자들은 전이되는 뇌수막염이나 신경내분비암종에 연관되어 있었고, 두 환자 모두 면역요법에 대해서는 반응하여 기억이나 정신이상 같은 증상들이 호전되었다. 위의 연구결과는 항-CaVα2δ항체와 연관되어 있는 새로운 자가면역 뇌염 항체를 최초로 발굴하여, 이를 CaVα2δ 뇌염으로 명명하였다. 자가면역 뇌염에서의 새로운 항-CaVα2δ항체의 발견은 자가면역 뇌염 환자의 질병의 예후 예측이나 정확한 면역치료를 가능하게 함으로써 자가면역 뇌염의 조기 진단과 치료를 가능하게 하여 환자의 결과를 향상시킬 수 있음을 시사한다.

주요어 : 자가면역 뇌염, Cavα2δ, 시냅스 수용체