Mesenchymal stem cell-derived secretome attenuates nephritis in NZB/W F1 mice by modulating the inflammatory response

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Mesenchymal stem cell-derived secretome attenuates nephritis in NZB/W F1 mice by modulating the inflammatory response

Sung Soo Ahn

Department of Medicine
Yonsei University Graduate School of Medicine

(Directed by Professor Yong-Beom Park)

Rationale & Objective: Systemic lupus erythematosus (SLE) is an autoimmune disease characterized by alterations of the immune system, resulting in multiple organ injury. Accumulating evidences suggest mesenchymal stem cells (MSC)-derived secretome exert anti-inflammatory properties; however, the therapeutic efficacy of secretome in SLE is not well understood. This study aimed to investigate the efficacy of secretome on murine and human lupus.
Method: Fifty-two NZB/W F1 mice were randomly assigned into 4 groups (untreated, methylprednisolone, MSCs, and secretome). The amount of proteinuria, histological damages were evaluated, and renal deposition of immune-complexes was assessed by immunofluorescence staining. Serum cytokines, anti-dsDNA, and IgG2a subclass were also determined. Helper T (Th) cell, plasma cell, dendritic cell, and macrophage markers were analyzed using a fluorescence-activated cell sorter. CD4+ T cells isolated from the blood of SLE patients were used to analyze the effect of secretome in human SLE, and the secreted proteins associated with immunoregulation was assessed by proteomics.
Results: Mice treated with methylprednisolone, MSC, and secretome exhibited diminished proteinuria, improved renal injury, and reduced renal deposition of immune-complexes compared to untreated mice. Regarding Th cell subsets, the proportion of Th1 and Th2 cells was decreased and regulatory T cells (Tregs) were increased in secretome treated mice. Secretome treatment also decreased the expression of mature dendritic cells and M1 macrophage markers and the number of plasma cells. Serum cytokine levels of interferon-γ, interleukin (IL)-17A, anti-dsDNA, and IgG2a subclass decreased upon secretome treatment, whereas IL-10 level was increased. Administration of secretome did not result in an increased toxicity in mice, and the proportion of Tregs increased when CD4+ T cells from SLE patients were treated with secretome. Twenty-one proteins were identified as putative candidates of immunomodulation in secretome.
Conclusion: The results from this study suggest that secretome could be a promising therapeutic agent for the treatment of SLE.

국문 초록 (Abstract)

NZB/W F1 마우스에서 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 이용한 염증 반응의 감소와 신염 조절

< 지도교수 박 용 범 >

연세대학교 대학원 의학과

안 성 수

배경: 전신 홍반성 루푸스는 면역 체계의 변화에 의하여 다발성 장기 손상이 발생하는 자가면역 질환이다. 최근의 연구들은 중간엽 줄기세포 유래 단백질이 항염증 작용을 하는 것으로 보고하고 있으나 전신 홍반성 루푸스에서의 효과에 대해서는 잘 알려져 있지 않다.

목적: 본 연구에서는 전신 홍반성 루푸스의 동물 모델과 사람에게서 중간엽 줄기세포 유래 단백질의 효능을 확인하고자 하였다.

방법: 52마리의 NZB/W F1 마우스를 총 4개의 그룹 (비치료군, 메칠프레드니솔론군, 중간엽 줄기세포군, 그리고 중간엽 줄기세포 유래 단백질군) 으로 나누어 실험을 진행하였다. 마우스에서 단백뇨의 양, 조직학적인 손상의 정도를 평가하였으며 신장내의 면역복합체의 침착은 면역형광 염색으로 평가하였다. 혈청내 사이토카인, 항-dsDNA, 그리고 IgG2a 의 아형을 같이 분석하였다. 보조 T 세포, 형질세포, 수지상 세포, 대식세포의 표지자들을 형광표지세포분류기로 확인하였다. 전신 홍반성 루푸스 환자의 혈액에서 CD4+ T 세포를 분리하여 이에 미치는 중간엽 줄기 세포 유래 단백질의 효과를 분석하였으며 중간엽 줄기세포 유래 단백질 내에 면역 조절과 연관된 단백질들은 프로테오믹스를 이용하여 확인하였다.

결과: 메칠프레드니솔론, 중간엽 줄기세포, 그리고 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 투약한 마우스는 단백뇨, 신손상, 그리고 신장내 면역복합체의 침착이 비치료군에 비해서 유의하게 감소하였다. 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 투여한 마우스에서 보조 T 세포의 아형 중 Th1 과 Th2 세포가 감소하였으며 조절 T 세포는 증가하였다. 또한, 성숙한 수지상 세포와 M1 대식세포의 표지자는 감소하였으며 형질 세포의 숫자 또한 감소하였다. 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 투여한 경우에 혈청내 인터페론 감마, 인터루킨-17A, 항-dsDNA, 그리고 IgG2a의 아형이 감소하는 것으로 확인되었으며 IL-10의 경우는 증가하였다. 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 동물에게 투약하였을 때 유의한 독성은 확인되지 않았으며 전신 홍반성 루푸스 환자의 CD4+ T 세포에 중간엽 줄기세포 유래 단백질을 처리하였을 때에도 조절 T 세포의 숫자가 증가함이 확인되었다. 프로테오믹스를 통해서 중간엽 줄기세포 유래 단백질 내에서 총 21개의 단백질이 면역 조절과 연관될 수 있음을 확인할 수 있었다.

결론: 본 연구의 결과를 통해서 중간엽 줄기세포 유래 단백질은 루푸스에서 유망한 치료제가 될 수 있을 것으로 생각된다.