[IJSC 논문 소개] Neurogenin-1 overexpression increases the therapeutic effects of mesenchymal stem cells through enhanced engraftment in an ischemic rat brain
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- Neurogenin-1 overexpression increases the therapeutic effects of mesenchymal stem cells through enhanced engraftment in an ischemic rat brain
- International Journal of Stem Cells Vol. 13, No. 1, 127-141, 2020
Gyu-Hee Kim1,2,*, Marasini Subash1,2,*, Jeong Seon Yoon1, Darong Jo2,3, Jihun Han1,2, Ji Man Hong2,4, Sung-Soo Kim1, Haeyoung Suh-Kim1,2,3
1Department of Anatomy, Ajou University School of Medicine, Suwon, Korea
2Department of Biomedical Sciences, Ajou Graduate School, Suwon, Korea
3Research Center CelleBrain Ltd., Jeonju, Korea
4Department of Neurology, Ajou University School of Medicine, Suwon, Korea - 뇌로의 혈류 전달 감소 혹은 혈관 폐색으로 발생하는 허혈성 뇌졸중 (ischemic stroke)은 재관류 (reperfusion)를 통해 혈류를 빨리 복구하여 뇌 조직의 손상을 최소화하는 것이 가장 효과적인 치료법이나, 재관류 시 발생하는 과도한 염증 반응은 이차적인 뇌 손상을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 재관류로 인한 염증 반응은 중간엽 줄기세포 이식에 의해 효과적으로 억제될 수 있다고 보고되고 있는데, 중간엽 줄기세포가 다양한 항 염증 cytokine의 분비를 증가시키고 염증을 유도하는 인자의 발현은 억제하여 뇌 손상 부위의 염증 상태를 호전 시키며 신경 보호 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서는 이러한 중간엽 줄기세포의 허혈성 뇌졸중 치료 효능을 극대화하기 위해, 사람의 골수 유래 중간엽 줄기세포를 내경동맥 (internal carotid artery)을 통해 동맥 혈관에 직접 투여하였고 중간엽 줄기세포에 의한 항 염증 및 신경 재생 효능 및 그 기전을 분석하였다. 특히 본 연구에서는 Neurogenin 1 (Ngn 1)이라는 신경 분화 주요 전사 인자가 과발현된 유전자 변형 중간엽 줄기세포를 허혈성 뇌졸중 동물 모델에 이식하여 대조군인 β-galactosidase 발현 중간엽 줄기세포와 비교하였는데, Ngn 1 발현 중간엽 줄기세포를 이식한 군에서 뇌경색 부위에 존재하는 중간엽 줄기세포의 수와 NeuN-positive 신경 세포의 수가 현저히 증가되어 있는 반면, 사멸 (apoptosis)된 세포와 macrophage 같은 염증 세포의 수는 크게 감소되어 있는 것을 관찰하였다. 또한 연구진은 이러한 Ngn 1 발현 중간엽 줄기세포의 항염증 및 신경 보호 효능을 설명하기 위해 기전 연구를 수행하였으며, 특히 Ngn 1 발현 중간엽 줄기세포에서 여러 chemotactic cytokine의 수용체 및 세포의 이동 (migration)을 촉진하는 유전자 발현이 현저히 높아 손상된 뇌 부위로의 줄기 세포 이동이 촉진하는 것으로 설명하였다. 또한 Ngn 1 발현 중간엽 줄기세포는 혈관내피세포에 대한 부착능 (adhesion) 또한 높아 혈관내 투여 시 줄기세포가 혈관을 투과하여 주변 조직으로 원활히 이동할 수 있는 것으로 보고하였다.
본 연구 결과를 종합하면 기존의 정맥 투여 방법보다 내경동맥을 통한 동맥 투여 방법이 중간엽 줄기세포의 효능을 극대화 할 수 있는 새로운 투여 경로임을 제시하고 있으며, 특히 Ngn 1 발현 유전자 변형 중간엽 줄기세포는 손상된 조직 부위로의 이동능이 높아 허혈성 뇌졸중에서의 신경 재생 효능을 향상시킬 수 있음을 보여주고 있다.KeywordsMesenchymal stem cell, neurogenin-1, neural induction, intra-arterial, stroke