L-AHG-mediated Suppression of M1 Polarization and Pro-inflammatory Signaling Pathways in LPS-stimulated RAW264.7 Macrophages

국문 초록 (Abstract)

아가로오스의 효소가수분해산물로 부터 확보할 수 있는 3,6-무수갈락토오스(L-AHG), 네오아가로비오스(NA2), 네오아가로테트라오스(NA4) 및 네오아가로헥사오즈(NA6)의 항염증 활성을 규명하고자, 마우스 대식세포주 RAW264.7 세포를 대장균 유래 지질다당류(LPS)로 자극할 때 세포표면의 TLR4 수용체의 역할을 통해 유도되는 친염증성 M1 분극화 및 이에 따른 친염증성 반응에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과로서, 이들 아가로오스 분해산물들 중에서 단당류인 L-AHG만이 유일하게, LPS 자극에 의해 RAW264.7 세포에서 유도될 수 있는 M1 분극화의 대표적인 마커인 iNOS 효소의 발현과 이에 따른 NO 생성을 농도의존적으로 현저하게 저해하였고 염증 매개체인 프로스타글란딘 E2의 생성을 촉매하는 COX-2의 발현 수준도 LPS 자극후에는 증가하였지만, L-AHG의 존재에 의해서는 그 증가 수치가 다소 저해되는 것으로 나타났다. 이때 RAW264.7 세포에 대한 L-AHG의 세포독성은 확인되지 않았다. 또한 L-AHG는 LPS로 처리된 RAW264.7 세포내에서 유도되는 친염증 신호전달경로에 있어서 초기 신호전달 단계인 TAK1 활성화 단계까지는 별 영향을 나타내지 않았으나 TAK1의 촉매작용에 의한 JNK 및 p38 MAPK의 활성화 인산화(activating phosphorylation)는 현저하게 저해되었다. 특히, 대식세포의 친염증 신호전달경로에서 TAK1 활성화는, 그 하류 단계에서 NF-kB의 활성화가 성공적으로 일어날 수 있도록 해주며, 또한 TAK1에 의한 하류 신호분자인 p38 MAPK 활성화는 NADPH 활성화 및 이에 따른 친염증성 ROS 분자들의 생성을 유발하기 때문에, LPS에 의해 자극된 대식세포내의 친염증 신호전달경로에 있어서 TAK1-JNK/p38 MAPK 경로의 L-AHG에 의한 저해는 대식세포의 M1 분극화 및 친염증 반응을 억제하는 효과적인 기전이 되며, 그 활용성이 크게 기대된다. 아울러 L-AHG가 LPS와 RAW264.7 세포의 표면분자인 TLR4와 상호작용을 방해할 수 있는지에 대해서도 유세포분석기와 형광표지가 된 FITC-LPS를 이용하여 조사한 결과, L-AHG는 대식세포의 표면에서 이루어지는 LPS-TLR4 상호결합은 방해하지 않는 것으로 확인되었다. 이는 L-AHG의 항염증 작용의 표적이 LPS가 TLR4 수용체를 통해 유도하는 세포 내 신호전달경로에 있음을 지지해 준다. 이상의 연구결과들은 아가로오스 유래 희귀 단당류인 3,6-무수갈락토오스(L-AHG)가 LPS 자극에 의해 유발되는 RAW264.7 마우스 대식세포의 M1 분극화 및 염증 반응에 대해, TLR4의 친염증 신호전달경로의 TAK1-JNK/p38 MAPK 단계를 저해하는 항염증 활성을 효과적으로 발휘할 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aimed to examine the influence of 3,6-anhydroxygalactose (L-AHG) on the pro-inflammatory M1 polarization and pro-inflammatory responses observed in the RAW264.7 mouse macrophage cell line following stimulation with lipopolysaccharides (LPS). L-AHG exhibited a significant and dose-dependent inhibition of inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression, a hallmark of M1 polarization, and subsequent NO production in LPS-stimulated RAW264.7 cells. Furthermore, the LPS-induced upregulation of cyclooxygenase-2 (COX-2), which drives the production of prostaglandin E2, an inflammatory mediator, was also inhibited by L-AHG. L-AHG did not affect the LPS-triggered Toll-like receptor 4 (TLR4)-mediated pro-inflammatory signaling pathway, which culminated in the activation of transforming growth factor-β-activated kinase 1 (TAK1). However, it was observed to inhibit the generation of reactive oxugen species (ROS) in a dose-dependent manner, as well as the TAK1-driven activation of JNK and p38 MAPK. Given that the active p38 MAPK is known to contribute to the assembly of active nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase, which catalyzes the intracellular generation of pro-inflammatory ROS in LPS-stimulated macrophages, the dose-dependent reduction in the LPS-induced ROS generation by L-AHG may be mainly due to the prevention of TAK1-driven activation of p38 MAPK. Together, these results demonstrate that the L-AHG-mediated inhibition of the TAK1-JNK/p38 MAPK activation phase of the pro-inflammatory signaling pathway in LPS-stimulated RAW264.7 cells by L-AHG represents a promising mechanism for suppressing M1 polarization and pro-inflammatory responses in macrophages.

목차 (Table of Contents)

• Introduction
• Materials and Methods
• Results and Discussion
• References
• 초록