감염된 면역세포의 운명, '지질대사'로 조절하다

DGAT1을 통한 폐렴막대균 감염 대식세포의 염증성 세포사멸 조절 기전 규명

□ 연구의 의의

폐렴막대균 감염 시 지질 합성 효소 DGAT1이 대식세포의 염증성 세포사멸을 조절하는 기전을 규명하고, 숙주 지질대사를 표적으로 하는 새로운 감염 치료 전략의 가능성을 제시함

□ 저자 정보

ﾷ 정희정 박사(계명대학교 의과대학 미생물학교실), callablue@hanmail.net, 제1저자

ﾷ 백원기 교수(계명대학교 의과대학 미생물학교실), wonki@dsmc.or.kr, 공동교신저자

ﾷ 김진경 교수(계명대학교 의과대학 미생물학교실), pcjlovesh6@kmu.ac.kr, 공동교신저자

ﾷ 김현아 교수(계명대학교 동산의료원 감염내과), hyunah1118@dsmc.or.kr, 공동교신저자

□ 연구 요약

폐렴막대균(Klebsiella pneumoniae)은 폐렴과 패혈증 등 중증 감염을 일으키는 주요 병원체다. 항생제 내성균의 확산으로 치료가 어려워지면서, 병원체를 직접 제거하는 접근과 함께 숙주의 면역 반응을 조절하는 전략이 주목받고 있다. 대식세포는 감염 초기 방어에 중요한 역할을 하지만, 감염 과정에서 염증성 세포사멸인 pyroptosis가 과도하게 일어나면 면역세포가 소실되고 염증이 악화될 수 있다.

감염된 대식세포에서는 세포 내 지질방울(lipid droplet)이 축적되지만, 이러한 변화가 세포의 생존과 사멸에 어떤 영향을 미치는지는 충분히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 중성지방 합성과 지질방울 형성에 관여하는 효소 DGAT1(diacylglycerol acyltransferase-1)에 주목하여, 폐렴막대균 감염에 따른 pyroptosis에서 DGAT1의 역할을 조사하였다.

임상에서 분리한 고전형 폐렴막대균(classical K. pneumoniae, cKp)을 마우스 대식세포주와 골수 유래 대식세포에 감염시킨 결과, 지질방울과 중성지방이 증가하였다. DGAT1 억제제인 A922500을 처리하면 지질방울 형성이 감소하였으며, 약물로 DGAT1 활성을 억제하거나 siRNA로 Dgat1 발현을 낮추었을 때 감염에 따른 세포사멸도 줄어들었다. 또한 DGAT1 억제제 처리에 따라 caspase-1 활성과 염증성 사이토카인 IL-1β 및 IL-18의 분비가 감소하였다.

이러한 세포 보호 효과가 나타나는 기전을 분석한 결과, DGAT1 억제는 감염으로 저하된 lysosome 기능을 회복시키고 cathepsin B 활성과 NLRP3 발현, 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 생성을 감소시켰다. 추가 분석에서는 지질방울 축적과 ROS 생성이 세포 대사를 조절하는 mTOR 신호와 연계되어 pyroptosis에 관여하는 것으로 나타났다.

Small RNA sequencing 분석에서는 감염 후 증가하는 miR-155-5p가 추가적인 조절 인자로 확인되었다. miR-155-5p는 ROS 생성과 연계되어 지질방울 축적과 세포사멸을 촉진하였으며, 이때 지질방울 축적에는 DGAT1 활성이 필요하였다. DGAT1을 억제하면 miR-155-5p에 의해 증가한 세포사멸도 부분적으로 완화되었다.

연구팀은 DGAT1의 역할을 유전학적으로도 확인하였다. CRISPR/Cas9으로 제작한 Dgat1 이형접합 결손(heterozygous knockout) 대식세포주에서도 감염에 따른 세포사멸과 ROS 생성, mTOR 신호 활성화가 감소하였다. 이는 약물 처리에서 관찰된 DGAT1 억제 효과를 뒷받침한다.

본 연구는 감염 시 축적되는 지질방울이 에너지 저장뿐 아니라 면역세포의 생존과 염증 반응 조절에도 관여함을 보여준다. 특히 DGAT1을 통한 지질대사가 lysosome 기능, ROS, mTOR 신호 및 miR-155-5p와 연계되어 대식세포의 pyroptosis에 관여함을 밝혔다. 이는 숙주 면역세포의 지질대사를 표적으로 감염에 따른 세포 손상을 줄이는 치료 전략의 가능성을 제시한다.

그림 1. DGAT1 억제에 따른 폐렴막대균 감염 대식세포의 지질방울 축적 및 염증성 세포사멸 감소

그림 2. DGAT1의 대식세포 사멸 조절 기전과 유전학적 검증

그림 3. 폐렴막대균 감염에서 DGAT1이 대식세포의 염증성 세포사멸을 조절하는 기전 모식도