만성뇌졸중 동물모델에서의 유전자변형 중간엽줄기세포의 치료 효과

Abstract

뇌졸중은 전세계 사망원인 2위인 질환으로 일단 발생하면 사망 또는심각한 장애를 유발할 수 있다. 많은 뇌졸증 분야에서 다양한 임상 및 전임상 연구에도 불구하고, 혈전용해제/기술외에 뇌졸중의 치료제/기술은 아직 확립되지 않았다. 중간엽줄기세포 (mesenchymal stem cells, MSCs)가 급성기 뇌졸중 동물모델에서의 효능이 있으며, 신경분화촉진인자인 Neurogenin1을 과발현시킨 중간엽줄기세포(MSCs/ Ngn1)는 그 효능이 증진된다는 전임상연구가 보고된 바 있다. 하지만 만성뇌졸증 단계에서는 MSCs/ Ngn1의 효능은 미미한 것으로 나타났다. 따라서, 본연구에서는 아데노바이러스를 사용하여 MSCs/Ngn1세포에 간세포성장인자 (hepatocyte growth factor, HGF)를 발현시 중간엽줄기세포(MSCs/Ngn1+HGF)의 효능을 만성뇌졸중 동물모델에서 조사하였다. 만성뇌졸중은 뇌동맥결찰은 자기공명영상(magnetic resonance imaging)으로 뇌졸중이 유도됨을 확인한 후 1개월이 지난 동물을 사용하였다. MSCs/Ngn1+HGF 세포를 만성뇌졸중 동물모델의 뇌에 이식하였다. MRI로 분석하였을 때, 뇌조직이 조금 더 보전되어 있음을 밝혔고, 이는 운동기능의 개선과 비례함을 발견하였다. 또한 면역조직 화학염색을 통해 MSCs/Ngn1+HGF 세포의 이식이 이미 손상되어 있던 뇌조직의 미세환경을 젊어지게한다는 것을 밝혔다. 그 작용기전을 조사하기 위하여 신경줄기세포에서만 형광단백질(green fluorescence protein, GFP)를 발현하도록 고안된 Nestin-GFP 형질전환마우스를 활용하였다. 신경줄기세포가 있다고 알려진 subventricular zone (SVZ)에서 신경줄기세포의 마커인 glial fibro (GFAP)와 Nestin 프로모터에 의해 조절되는 GFP가 동시에 발현됨을 확인함으로써, 뇌내 줄기세포의 추적연구에 Nestin-GFP 마우스의 활용가능성을 확인하였다. 흥미롭게도 GFP를 발현하는 세포가 SVZ가 아닌 뇌선조체(striatum)와 대뇌피질(cortex)에서 NG2를 발현하는 전구세포(progenitor)임을 발견하였다. 만성뇌졸중 모델에서, MSCs/Ngn1+HGF 세포는 GFP와 NG2를 발현하는 전구세포의 증식을 촉진하였으며, 이 전구세포세가 신경세포로 분화되도록 유도하였다. MSCs/Ngn1+HGF 세포의 배양액(분비물질)은 일차배양된 줄기세포에 처리했을 때 신경세포로의 분화를 촉진하였다. 이 결과는 MSCs/Ngn1+HGF이 분비하는 물질이 SVZ가 아닌 뇌조직내에 산재해있는 NG2를 발현하는 전구세포의 증식과 신경분화를 촉진함으로써 행동개선과 조직보전의 효과를 유도함을 의미한다. 나아가 본 연구결과는 MSCs/Ngn1+HGF 세포는 FDA와 NIH가 제시한 STEP3 가이드라인의 전임상연구 (2014)에 부합하는 치료전략이 될 수 있음을 시사한다.