Soluble TREM2 Mediates Blood Brain Barrier Permeability through Astrocyte Reactivity

기술 요약: 가용성 TREM2가 성상세포 반응성을 통해 혈뇌장벽 투과성을 매개함

문제 제기
Myeloid 세포 유래의 수용체인 TREM2(Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 2)는 중추신경계(CNS) 내 미세아교세포와 대식세포를 포함한 마이엘로이드 계통 세포에서 주로 발현되는 막 관통 단백질이다. 막 결합 형태는 미세아교세포의 항상성을 조절하지만, 단백질 분해를 통해 가용성 TREM2(sTREM2)로 절단되어 방출될 수 있다. 뇌척수액(CSF) 내 높은 sTREM2 수치는 신경인지 장애와 관련이 있으며, CSF/혈장 알부민 비율로 측정되는 혈뇌장벽(BBB) 파괴와도 상관관계를 보인다. 그러나 sTREM2가 BBB 기능 장애 및 신경병증에 기여하는 구체적인 메커니나즘은 여전히 명확히 규명되지 않았다. 특히, sTREM2가 BBB의 핵심 구성 요소인 성상세포(astrocyte)에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 이러한 상호작용이 장벽 투과성으로 이어지는지는 알려져 있지 않다.

연구 방법
본 연구는 일차 배양된 인간 뇌혈관 내피세포(BMVEC)와 일차 배양된 인간 피질 성상세포를 다공성 트랜스웰(transwell) 막의 양측에 공배양한 in vitro 인간 BBB 모델을 활용하였다. 이 시스템은 성상세포의 돌기(end-feet)가 BMVEC와 접촉하도록 하여 견고한 장벽 형성을 촉진한다.

주요 실험 접근 방식은 다음과 같다:

• 처리(Treatment): BBB 모델 내의 성상세포를 sTREM2(10 nM 또는 100 nM)에 6시간 또는 24시간 동안 노출시켰다.
• 신호 전달 분석: 웨스턴 블로팅(Western blotting)과 유세포 분석(flow cytometry)을 사용하여 주요 신호 전달 경로(PI3K/AKT, NF-κB, STAT3)의 활성화 및 반응성 성상세포 마커(GFAP)의 발현을 평가하였다.
• 투과성 분석: Dextran-FITC (70 kDa) 플럭스(flux) 분석을 사용하여 BBB 무결성을 정량화하였다.
• 밀착 연접(Tight Junction, TJ) 분석: BMVEC를 수확하여 웨스턴 블롯 및 면역형광법을 통해 밀착 연접 단백질(Occludin, Claudin-5, ZO-1)의 발현을 분석하였다.
• 분비물(Secretome) 분석: 처리된 성상세포의 상층액을 멀티플렉스 비드 기반 분석 및 ELISA를 통해 매트릭스 메탈로프로테이네이스(MMP-2, MMP-3, MMP-9)와 염증성 사이토카인(예: IL-6, IL-8, MCP-1)의 양을 정량화하였다.
• 수용체 식별: 유세포 분석을 사용하여 최근 확인된 신경 sTREM2 수용체인 Transgelin-2(TAGLN2)의 표면 발현을 일차 인간 성상세포에서 검출하였다.

주요 결과

1. 성상세포 반응성 유도: sTREM2(100 nM) 처리는 반응성 성상세포(RA) 표현형을 유도하였다. 이는 다음과 같은 특징을 나타낸다:

   • AKT 인산화(p-AKT)의 약 44% 증가.
   • NF-κB 활성화(p-NF-κB 증가).
   • 현미경을 통해 확인된 GFAP 발현의 상향 조절 (단, 유세포 분석을 통한 GFAP 양성 세포 비율은 뚜렷한 차이를 보이지 않음).
   • 주목할 점은, STAT3 인산화는 대조군에 비해 약간 감소하였다는 것이다.
   • 본 연구는 일차 인간 성상세포에서 TAGLN2의 표면 발현을 검출하였으며, 이는 sTREM2 신호 전달을 위한 잠재적인 수용체 메커니즘을 시사한다.

2. BBB 투과성 증가: 성상세포 구획을 100 nM sTREM2에 노출시킨 결과, 6시간째에 Dextran-FITC에 대한 BBB 투과성이 유의미하게 증가하였다. 반면, 10 nM sTREM2 처리는 투과성에 통계적으로 유의미한 변화를 일으키지 않았다.

3. 밀착 연접(Tight Junction) 파괴: 증가된 투과성은 내피세로의 밀착 연접 단백질에 대한 구체적인 변화와 상관관계가 있었다:

   • Occludin: BMVEC에서 총 Occludin 단백질 수준의 유의미한 감소와 함께 단백질 분해 파편(proteolytic fragments)의 출현이 관찰되었다.
   • Claudin-5: 인산화된 Claudin-5와 총 Claudine-5의 비율에서 유의미한 변화는 감지되지 않았다.
   • ZO-1: 면역형광법 결과, ZO-1이 세포 간 접합부로부터 멀어지는 재분포 패턴을 보였으나, 변동성으로 인해 형광 강도의 정량적 분석은 통계적 유의성에 도달하지 못했다.

4. MMP-2의 역할: 성상세포 상층액 분석 결과, sTREM2 처리 후 매트릭스 메탈로프로테이네이스-2(MMP-2)의 분비가 유의미하게 증가하였다. MMP-3 및 MMP-9은 검출되지 않았다. 염증성 사이토카인(IL-6, IL-8, MCP-1)은 상승 추세를 보였으나 통계적 유의성에는 도달하지 못했다.

의의 및 주장
저자들은 본 연구가 sTREM2가 BBB 기능 장애에 기여하는 분자적 메커니즘을 밝혀낸 첫 번째 증거를 제공한다고 주장한다. 핵심적인 발견은 sTREM2가 인간 성상세포에 직접 작용하여 PI3K/AKT 및 NF-κB 경로를 통해 반응성 상태를 유도한다는 것이다. 이러한 반응성은 MMP-2의 분비를 초래하며, 이는 결과적으로 내피 밀착 연접 단백질인 Occludin을 분해하여 BBB 무결성을 손상시킨다.

본 논문은 이러한 발견을 sTREM2 수치, 성상세포 반응성, 그리고 BBB 투과성 사이의 새로운 연결 고리로 제시한다. MMP-2를 밀착 연접 분해의 잠재적 매개체로 식별함으로써, 본 연구는 BBB 파괴를 제한하기 위해 탐구될 수 있는 구체적인 치료 표적을 강조한다. 저자들은 TAGLN2가 성상세포 표면에서 검출되었으나, 이 맥락에서 막 관통 수용체로서의 기능은 추가적인 검증이 필요하다는 점을 언급하며 수용체 메커니즘에 대해 신중한 어조를 유지하였다. 마찬가지로, 사이토카인의 상승 추세가 관찰되었으나, 연구는 관찰된 장벽 붕괴의 주요 매개체로 MMP-2를 지목하는 데 중점을 두었다.