한국의 건강한 어린이 분변에서 분리한 비피더스균주 (Bifidobacterium)의 면역조절기능 및 그 기전

Abstract

[한글]비피더스균 (Bifidobacteria)은 장내 균총 중에서 중요한 균으로서 여러 가지 인체에 유익한 기능이 있을 뿐 만 아니라 설사성 질환, 알레르기, 항암, 면역조절, 염증성 장질환 (intestinal bowel disease, IBD)에 대한 치료효과와 같은 의학적 기능이 있다. 이러한 의학적 기능은 균종이나 균주 특이성이 있다. 따라서 목적과 사용자에 의한 맞춤형 균주를 선별하여 사용하는 것이 중요하다. 그러나 한국 내에서는 이 방면에 대한 연구가 빈약하며, 특히 IBD와 같은 특정된 질환에 알맞은 맞춤형 균주의 선별에 관한 연구보고는 아주 적다. 본 연구에서는 한국 어린이 분변에서 분리한 비피더스균 중에서 면역조절 능력이 강한 균주를 선별하고, 선별된 균주의 한국 어린이 분변에서 분리한 비피더스균주 29개와 ATCC 균주 5 개 중에서 마우스 면역세포에 자극하여 항염증 사이토카인인 IL-10 mRNA의 발현을 가장 많이 증가시키는 A28 균주를 선별하였다. 그 후 A28 균주를 경구 투여한 마우스와 A28을 투여하지 않은 마우스의 장관 상피내 림프구 (intestinal intraepithelial lymphocyte, IEL), 파이어반 (Peyer's patch, PP), 비장세포 (splenocyte, SP)에서 CD4+CD25+ 세포의 수와 IL-10과 TGF-β1의 mRNA를 증가시켰다. A28 균주를 4 주간 투여한 후 4% dextran sulfate sodium (DSS)로 유발한 대장염 모델 마우스 (실험군)에서 염증정도 판단기준인 대장의 길이의 감소, 육안 및 현미경학적 염증 질병점수가 A28 균주를 투여하지 않고 DSS로 유발한 대장염 모델 마우스 (대조군)에 비해 통계적으로 의미있게 감소되었다 (p < 0.05). IEL, PP에서 CD4+CD25+ 세포의 수는 실험군에서 증가하는 추세를 나타냈고 IL-10과 TGF-β1의 mRNA의 발현 역시 증가되었다. 대장 점막에서 IL-10 단백질량도 실험군에서 통계적으로 의미있게 증가되었다 (p < 0.001).본 연구에서 IL-10 mRNA 발현을 가장 많이 증가시키는 A28 균주가 선별되었고, A28 균주가 대장염 모델 마우스의 염증을 완화시킬 수 있다 것을 확인하였다. 또한 대장염 모델 마우스에서 A28 균주가 마우스 장관 면역계에서 CD4+CD25+세포의 수와 항염증 사이토카인인 IL-10과 TGF-β1의 mRNA의 발현을 증가, 장 점막에서 IL-10의 증가 등에 의한 작용기전으로 추정된다.

[영문]Bifidobacteria is one of the prototypes of probiotics bacteria, normally inhabitating the intestinal tract of humans. In that context, it has been documented that the a myriad of medicinal effects of Bifidobacteria in human cover anti-diarrheal activity, synthesis of vitamins, anti-carcinogenic activity, anti-allergy, regulation of mucosal immunity, and therapeutic activity of inflammatory bowel disease (IBD). These medicinal effects were shown to be innate immunomodulatory and species and strain-specific. Despite great potential of Bifidobcateria usage in medical disease, there has been in poorly documented about Bifidobacteria strain exploitable as medicinal probiotics in Korea. Toward this, we first attempted to screen the Bifidobacteria strain isolated from the feces of healthy children in Korea, which may exert strong immunomodulatory activity against inflammatory bowel disease (IBD). Concretely, the mRNA or protein expressions of anti-inflammatory cytokine (IL-10) stimulated by live Bifidobacteria were evaluated against murine macrophages. To probe innate immunomodulating activity of selected strain on the normal and IBD model mice, we evaluated the proportional changes of CD4+CD25+ surface marker in the intestinal intraepithelial lymphocytes (IEL), Peyer's patch (PP) and splenocytes (SP) isolated from the normal and experimental IBD BALB/c mice. In parallel, the magnitude of colonic inflammation as well as secretion of IL-10 in intestinal mucosa were assessed by histological scoring and immunohistochemistry, respectively.The highest IL-10 gene expressible one among the 34 strains was Bifidobacteria A28 by using murine macrophage. Flow cytometric analysis showed that the overall percentages of CD4+CD25+ cells in IEL, PP and SP of A28 treated mice were higher than those of normal mice (PBS control mice). IL-10 and TGF-β1 gene expressions in IEL and PP of A28 group were augmented when compared to normal control group. The colonic lengths in disease control group (administrated with DSS and PBS) was significantly shorter than those in normal (PBS only treated) group, whereas the colonic length in the A28 therapy group (administrated with DSS and A28 strain) was longer compared to control group. Consistently, both macro- and micro-disease score were significantly lower in the experimental group than those in disease control group. The percentages of CD4+CD25+ cells in IEL, PP and SP of A28 therapy group were higher than those of disease control group. In parallel, immunochemical staining verified that there are significantly higher IL-10 postive cells in colonic mucosa of A28 administered group than those in PBS- or disease control.In summary, we selected a Bifidobacteria strain A28 (the highest IL-10 mRNA expression) from the feces of healthy children in Korea. the Bifidobacteria strain A28 effectively recruited the intestinal CD4+CD25+ regulatory T cells in the normal and IBD model mice, and augmented the gene expression of the IL-10 and TGF-β1 in IEL, PP and SP cells. Finally, oral pretreatment of A28 could prevent DSS-induced murine colitis in BALB/c. Given this, these data suggest that the Bifidobacteria A28 may exert innate immunomodulatory function via the recruitment of the intestinal CD4+CD25+ regulatory T cells and the stronger expression of anti-inflammatory cytokine IL-10 and TGF-β1.