Allergen-specific immunotherapy drives the increase of RORγt-expressing FOXP3+ resident Treg cells in atopic dermatitis

Abstract

알레르겐 특이 면역치료는 현재 병원성 알레르겐에 대한 면역내성을 유도할 수 있는 아토피피부염에 대한 효과적인 치료법으로 조절 T 세포의 생성 및 유지가 성공적인 면역치료에 중요하다고 알려져 있다. 또한, 최근 수행된 연구에 따르면 레티노산 관련 수용체-γt (RORγt)를 발현하는 CD4+FOXP3+ Treg 세포가 여러 말초 기관에서 면역반응을 조절하는 기능을 가지고 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 집먼지 진드기에 대한 면역치료를 시행한 아토피피부염 환자 및 아토피피부염 마우스 모델에서 피하 면역치료 후 유도된 면역반응에서 피부 거주 Treg 세포의 면역학적 표현형과 해당 세포의 기능을 조사하고자 하였다. 집먼지 진드기에 감작된 아토피피부염 환자에 Dermatophagoides farinae [DfE])를 피하주사하여 면역치료를 시행하였으며 면역치료 전후 환자의 말초 혈액을 채취하여 Treg 세포의 전사체 분석을 수행하였다. 아토피피부염 환자를 대상으로 분석한 결과, 면역치료에 의해 RORγt+FOXP3+ Treg 세포의 수가 피부에서 증가함을 확인하였고, TH1, TH2 및 TH17 관련 유전자의 발현량이 감소하는 것을 확인하였다. 이를 In vivo 에서 증명하기 위해 Foxp3DTR-eGFP 유전자 변형 마우스와 Foxp3YFP-creRORγtfl/fl 마우스에 대하여 아토피피부염을 유발한 이후, 피하 면역치료를 시행하였다. 그 결과, 인체의 경우와 마찬가지로 Treg 세포의 수가 마우스의 피부에서 증가함을 확인하였다. 또한, Treg 세포에서 RORγt를 발현하지 않는 마우스에서는 아토피피부염 그룹과 면역치료 그룹사이 면역반응의 유의한 차이가 나타나지 않았으나, Treg 세포에서 RORγ를 발현하는 마우스에서는 면역치료에 의해 유의하게 면역반응의 정도가 감소하는 것을 확인하였다. 아울러, RORγ를 발현하는 마우스에서 IL-10이 증가함으로써 TH1, TH2 및 TH17 관련 사이토카인이 억제됨을 확인할 수 있었다. 다음으로 면역치료 후 CD69를 발현하는 다수의 피부 거주 RORγt+FOXP3+ Treg 세포가 증가함을 마우스 생체 내 현미경 이미징 및 마우스 parabiosis를 통해 확인하였으며, 마우스뿐만 아니라 실제 면역치료에 효과가 있었던 아토피피부염 환자의 피부에서도 CD69+RORγt+FOXP3+Treg 세포가 증가함을 확인하였다. 결론적으로 아토피피부염 환자에 대한 집먼지 진드기 특이 피하 면역치료 시 RORγt를 발현하는 피부 거주 CD69+FOXP3+Treg 세포가 Th2 면역반응을 비롯한 전반적 면역반응의 저하를 유도하며, 이를 통해 임상적인 아토피피부염의 호전을 불러온다는 것을 확인할 수 있었다. Allergen-specific immunotherapy (SIT) is an effective, supplementary treatment for atopic dermatitis (AD) that may establish immunological tolerance to pathogenic allergens. At present, SIT is generally caused by the control of allergen-specific regulatory T (Treg) cells. Studies conducted recently have shown that CD4+FOXP3+ Treg cells co-expressing retinoic acid-related orphan receptor-γt (RORγt), representing a Treg lineage, have a protective immune function in different peripheral organs. This study aimed to determine the specific Treg cells in AD patients with SIT directed at house dust mites (HDM), and to further examine their function in the SIT-induced immune response of AD mouse models. We treated patients who were proven to be sensitized to HDMs with subcutaneous SIT (Dermatophagoides farinae [DfE]). Transcriptome analysis of Treg cells from peripheral blood was done before and after SIT. RORγt+FOXP3+ Treg cells increased and TH1, TH2 ,TH17 related genes were reduced in the SIT-responder group. To better characterize the specific Treg cell population, we used Foxp3 DTR-eGFP transgenic mice and Foxp3YFP-cre RORγtfl/fl mice to induce AD-like skin lesions with subsequent subcutaneous immunotherapy. RORγt+FOXP3+ Treg cells were proven to exist in the mouse skin as a protective Treg lineage, and their inhibitory function on TH1, TH2 and TH17 cells was revealed. In addition, a two-photon microscope and parabiotic technique were used to find that large numbers of skin resident RORγt+FOXP3+ Treg cells expressing CD69 infiltrated the mouse ear skin after SIT application. Furthermore, CD69+ RORγt+FOXP3+ Treg cells were also identified in the skin of atopic dermatitis patients, indicating that immunotherapy for AD was successful. Taken together, these findings suggest that the peripherally induced-RORγt+ FOXP3+ T cell represents a protective Treg lineage that co-expresses CD69 in the skin of AD mice and is highly specific in regulating the SIT immune response in AD.