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EAE란 무엇인가?
실험적 자가면역 뇌척수염(EAE)은 중추신경계(CNS)로 침입하는 T-헬퍼 세포에 의해 주로 유발되는 자가면역 질환입니다. 이 질환은 중추 신경계의 염증, 탈수초화 및 신경 퇴화를 초래하며, 혈액-뇌 장벽(BBB)의 조기 파괴를 동반합니다(Robinson, 2014; Terry, 2016; Dhaiban, 2021).
EAE는 다발성 경화증(MS) 연구를 위한 핵심 동물 모델 중 하나입니다. MS에 대한 우리의 이해 대부분은 EAE 관련 연구에서 비롯되었으며, 이 모델에서 탐구된 치료법은 종종 인간 적용으로 전환됩니다. 특히 EAE는 신경염증, 신경교증, 탈수초화 및 축삭 손상으로 특징지어지는 조직병리학적 병변을 나타내며, 인간 MS의 진행 과정과 특정 유사성을 보입니다(Robinson, 2014; Terry, 2016; Hasselmann, 2017).
참고 자료: 축삭 손상 & 실험적 자가면역 뇌척수염 & 탈수초화 & 큐프리존 모델에서의 재수초화
EAE 외에도 연구자들은 큐프리존 및 리솔레시틴과 같은 독소에 의해 유발되는 탈수초화 모델 등 다양한 다른 모델을 사용하여 MS를 연구합니다. MS의 복잡성으로 인해 단일 모델로는 그 모든 측면을 완전히 포착할 수 없습니다 (Robinson, 2014; Melamed, 2022).
EAE 모델
EAE 모델의 표적은 중추신경계(CNS)에서 미엘린을 생성하는 역할을 하는 올리고도교세포가 발현하는 단백질이다. 이 모델의 결과에는 축삭 경로의 일차적 탈수초화, 축삭 전도 장애, 후지(後肢)의 진행성 마비가 포함된다.
EAE는 두 가지 주요 방식으로 유도될 수 있습니다(Constantinescu, 2011; Khan, 2014; Robinson, 2014; Terry, 2016; Hasselmann, 2017):
- 미엘린 유래 단백질 또는 펩타이드를 이용한 능동 면역. 능동 EAE 면역은 다음과 같은 여러 뇌염 유발 항원결정기(epitope)로 수행될 수 있습니다
- 프로테올리피드 단백질(PLP139-151,PLP178-191,PLP56-70)의 뇌염 유발 항원 결정기
- 미엘린 기본 단백질(MBP84-104,MBP12-26)
- 미엘린 올리고도교세포 당단백질(MOG92-106,MOG35-55,MOG1-20,MOG1-125)
- 이러한 단백질/펩티드는 완전 프룬드 보조제(CFA)와 유화하여 면역 반응을 강화할 수 있습니다.
- 활성화된 CD4+ T 세포의 수동적 이식
- 미엘린 항원을 표적으로 하는 뇌염 유발성 CD4+ T 세포를 면역된 기증자 마우스에서 채취하여 배양에서 활성화시킨 후 수혜자 마우스에 주입합니다. 이 방법은 특정 T 세포 집단(예: Th1, Th17)을 표적으로 하는 치료법 개발에 유용합니다.
EAE의 다양한 병리학적 형태는 동물의 종 또는 계통, 표적 단백질, 사용된 면역 경로에 따라 발생합니다. 마우스 모델의 경우 일반적으로 사용되는 계통으로는 SJL(Swiss Jim Lambert)(H-2s), C57BL/6(H-2b), PL/J, B10.PL(H-2u) 등이 있습니다. 쥐 모델의 경우, 루이스 쥐와 다크 아구티 계통이 자주 사용됩니다. 마모셋과 같은 영장류도 인간과의 가까운 계통 발생적 관계로 인해 모델로 사용됩니다(Linker, 2009; Khan, 2014; Robinson, 2014; Terry, 2016; Melamed, 2022).
EAE 마우스의 전형적인 임상 경과는 다음과 같은 패턴을 따릅니다(Robinson, 2014; Hasselmann, 2017):
- 10-15일 지속되는 전구기.
- 꼬리와 뒷다리에서 시작되는 상승성 마비.
- 마비가 전지로 진행됨.
- 급성기 체중 감소 15-20%.
- 만성기는 일반적으로 유도 후 약 30일 경에 시작됩니다.
- 다양한 동물 모델은 질병의 고유한 특성을 나타낸다. 예를 들어
- SJL 마우스(PLP139-151,MOG92-106)는 재발-완화(RR) 양상을 보임.
- C57BL/6 마우스(MOG35-55)는 만성 진행성 경향을 보인다.
- PL/J 및 B10.PL 마우스 모두 급성 및 재발성 경과를 보입니다.
- 신경학적 손상의 발병, 진행 및 회복을 모니터링하기 위해 연구자들은 EAE 유발 동물에 대해 0에서 5까지의 임상 척도인 EAE 점수를 사용합니다.
EAE 점수 체계
EAE에 관여하는 병리생리학적 기전은 무엇인가?
면역조직화학 및 면역형광 기법은 질병의 병리학적 특징과 진행 과정에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. EAE의 병리생리학은 다양한 면역 세포와 신경교 세포 간의 복잡한 상호작용을 포함합니다.
CD4+ T 림프구 (Linker, 2009; Shin, 2012; Duffy, 2014; Robinson, 2014)
- 초기에는 Th1 세포가 염증을 유발하는 유일한 원인이라고 생각했습니다.
- EAE 모델의 중추신경계 병변에는 Th1 세포와 Th17 세포가 모두 존재합니다. IL-23에 의해 유도되는 Th17 세포는 Th1 세포와 함께 EAE 발병에 중요한 역할을 하지만, 이들이 생성하는 사이토카인(Th1: IFN-γ 및 TNF-α; Th17: IL-17-A, IL-17-F, IL-22)은 질병 발병에 필수적이지 않습니다.
- Th1 및 Th17 세포는 탈수초화 및 염증 메커니즘을 통해 축삭 손상에 기여하며, 이는 동물 계통 및 면역 방법에 따라 달라질 수 있습니다.
- Th1 세포가 실제로 병원성을 지닌 반면, Th2 세포는 면역 조절에 역할을 합니다.
- TGF-β 및 IL-10을 분비하는 조절 T 세포(Tregs)는 자가 내성을 유지합니다. 이들의 기능 장애는 MS의 진행과 관련이 있는 반면, 특정 EAE 모델에서는 이들의 활동이 자연적인 회복을 지원할 수 있습니다.
CD8+ T 림프구 ( Linker, 2009; Duffy, 2014; Robinson, 2014)
- EAE는 주로 CD4+ T 세포 모델로 사용되지만, CD8+ T 세포와 B 세포도 이 병리에 관여합니다.
- CD8+ T 세포는 미세 아교세포 및 대식세포와 함께 MS 병변에서 발견될 수 있으며, 병원성 및 조절 기능을 모두 나타냅니다.
- CD8+ 세포독성 림프구는 미엘린 막과 축삭을 직접 손상시킬 수 있습니다. 중추신경계 침투를 통해 EAE를 유발할 수 있지만, 정확한 역할은 아직 불분명합니다.
B 세포 ( Robinson, 2014; Dedoni, 2023)
- B 세포는 항원 제시 세포로 작용하고 미엘린에 대한 항체를 생성함으로써 병변 발생에 기여합니다.
- MOG1-125로 면역화할 때 EAE 발병에 매우 중요합니다
- B 세포는 또한 수지상 세포와 함께 T 세포 활성화에 역할을 하며, RR EAE 마우스의 중추 신경계에서 이소성 생식 센터를 형성할 수 있습니다.
- 분화된 B 세포는 T 세포 분화를 촉진하는 사이토카인을 방출할 수 있습니다.
- 뇌척수액(CSF)에서 면역글로불린 생산이 검출되었습니다.
병리학적 결과
- 혈뇌 장벽 파괴: Th17 세포가 생성하는 IL-17은 내피 세포에 작용하여 장벽의 완전성을 유지하는 단단한 접합부의 파괴를 초래합니다. 이러한 투과성 증가는 T 세포, B 세포 및 대식세포의 침투를 가능하게 합니다 (Shin, 2012; Duffy, 2014; Dhaiban, 2021).
- 염증 및 탈수초화: 중추신경계(CNS)로의 면역세포 침투는 국소 염증과 부종을 유발하여 축삭을 둘러싼 수초막의 파괴로 이어집니다 (Robinson, 2014; Toader, 2018).
- 축삭 손상: 광범위한 축삭 손상은 탈수초 병변과 함께 발생하며, 이는 진행성 신경학적 결손에 크게 기여한다(Robinson, 2014; Hasselmann, 2017).
- 교세포증식: 염증과 조직 손상에 반응하여 성상세포가 반응성을 띠며 교세포 흉터 형성을 유발한다(Toader, 2018).
- 미토콘드리아 기능 장애: 미토콘드리아 기능 장애는 일산화질소 자유 라디칼 생성에 기여하여 EAE 병인에 영향을 미칩니다. 일부 다발성 경화증 환자에서 미토콘드리아 기능 장애와 피질 병변 간 상관관계가 존재합니다(Dutta, 2006).
EAE의 병리생리학
EAE 모델을 이용한 전임상 연구에서 양성 대조군은 어떤 역할을 하는가?
EAE 연구에서 양성 대조군은 실험 모델이 알려진 효과적인 치료법에 반응하는지 검증하고, 새로운 치료제를 비교할 수 있는 신뢰할 수 있는 기준을 제공하기 위해 필수적입니다(Robinson, 2014; Melamed, 2022). 다음은 EAE 연구에서 사용되는 주요 양성 대조군입니다.
만성 및 재발-완화형 EAE의 임상 경과와 양성 대조군의 효과
덱사메타손 ( Donia, 2010; Nam, 2021)
- 다발성 경화증(MS) 환자의 급성 재발 치료에 사용되는 글루코코르티코이드로, EAE에서 면역억제 및 항염증 효과를 나타내며 표준 양성 대조군 역할을 합니다.
- 세포질 글루코코르티코이드 수용체에 결합하여 핵으로 이동하여 유전자 발현을 조절합니다. 이 작용은 NF-κB와 같은 전염증 경로를 억제하는 동시에 항염증 유전자를 활성화합니다.
- 이 약물은 미엘린과 축삭을 보존하고, 말초 면역 세포(CD45+)의 침투를 억제하며, 질병 초기 단계에서 소교세포와 성상 세포의 활성화를 지연시킵니다.
- 덱사메타손은 EAE의 임상 발병을 현저히 지연시키고 질병의 최고 중증도를 감소시킵니다.
- 덱사메타손의 보호 효과는 일시적이며, 글루코코르티코이드 내성이 발생할 수 있습니다.
핑골리모드 (Webb, 2004; Choi, 2011; Constantinescu, 2011; Robinson, 2014; Melamed, 2022)
- 핑골리모드는 FDA가 승인한 최초의 경구용 다발성 경화증 치료제(DMT)이며, EAE에 매우 효과적입니다.
- 핑골리모드는 백혈구 이동, 림프 기관에서의 세포 이동 또는 스핑고신-1-포스페이트 수용체 1(S1P₁) 신호 전달 경로를 표적으로 하는 치료법을 시험하기 위한 양성 대조군 역할을 합니다.
- 주요 작용 기전은 FTY720이 활성 형태인 FTY720-P로 인산화되는 것입니다. 이 분자는 림프구에서 SIP₁의 내부화를 유발하여 이들을 2차 림프 기관 내에 가두고 중추 신경계로의 이동을 방지합니다. 핑골리모드는 또한 중추 신경계 내 성상 세포의 S1P₁에도 영향을 미칩니다.
- 핑골리모드는 루이스 쥐에서 EAE 발병을 거의 완전히 억제한다.
인터페론-베타(IFN-β) (Constantinescu, 2011; Robinson, 2014)
- MS의 1차 주사형 DMT인 IFN-β는 EAE에서 면역 조절 치료의 양성 대조군 역할을 하며, 특히 Th1 및 Th17 세포에서 사이토카인 균형을 조절하기 위한 것입니다.
- IFN-β는 생체 내에서 IFN-γ(Th1 세포에서 생성) 및 IL-17(Th17 세포에서 생성)의 전염증 반응을 제한하여 EAE의 증상, 진행 및 발병을 개선합니다.
나탈리주맙 ( Constantinescu, 2011; Robinson, 2014)
- 나탈리주맙은 α4β1 인테그린(VLA-4)에 대한 단일 클론 항체입니다. 이 약물은 림프구의 혈관 부착을 차단하여 중추신경계로의 침입을 방지합니다.
- 백혈구 이동 및 중추신경계 침투를 표적으로 하는 치료법의 양성 대조군 역할을 합니다.
글라티라머 아세테이트 ( Schrempf, 2007; Constantinescu, 2011; Moore, 2014; Robinson, 2014)
- 글라티라머 아세테이트는 T 세포의 면역 반응을 조절하고 올리고도교세포 전구 세포의 생존을 촉진하는 다양한 폴리펩타이드로 구성된 MBP의 합성 유사체입니다.
- RR-MS의 재발을 약 30% 정도 감소시키는 것으로 나타났습니다.
디메틸 푸마레이트(DMF) (Dhaiban, 2021; Melamed, 2022)
- DMF는 FDA 승인을 받은 경구용 DMT로, EAE 모델에서 그 효능이 입증되었습니다.
- 이 약물은 Th1 및 Th2 반응을 조절하고, 전염증성 사이토카인을 억제하며, NK 세포 기능을 강화합니다.
EAE 모델은 특히 척수 관련 상황에서 탈수초화 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 이 모델은 주로 MS에서 관찰되는 광범위한 뇌 및 소뇌 병변과는 다른 척수 탈수초화에 초점을 맞추고 있지만, 질병 진행을 이해하는 데 유용한 도구로 남아 있습니다. 또한 EAE에서는 CD4+ T 세포에 대한 강조가 두드러지지만, 진행 중인 연구들은 MS에서 CD8+ 세포독성 T 세포의 중요성을 점점 더 인식하고 있습니다. 이러한 진화하는 관점은 EAE 연구에서 얻은 치료 전략을 개선하여 MS의 임상 적용으로 더 효과적으로 전환할 가능성을 강조합니다. 신경과학 분야의 이 영역에 대한 지속적인 탐구는 우리의 이해와 치료 옵션을 발전시킬 가능성을 제시합니다.
저희 팀은 EAE 모델에 관한 모든 질문에 기꺼이 답변해 드리며, 치료 효능 연구에 사용하는 모델에 대한 구체적인 정보도 제공해 드릴 수 있습니다.
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