만성 장염에서 장내 세균과 microRNA의 상호작용

Abstract

배경/목적: 우리 몸의 장관에 존재하며 장의 항상성과 기능을 유지하는데 필수적인 역할을 하는 장내 세균은 다양한 질환의 발생과 관련이 있는데, 장내 세균 불균형은 염증성 장질환의 발생과 관련이 있음은 잘 알려져 있으나, 직접적인 인과관계는 현재까지 확립되지 않았다. 작은 단일 가닥의 코딩 되지 않은 RNA인 microRNA (miRNA)는 세포기능과 항상성을 조절하는 주요물질로 염증성 장질환을 비롯한 다양한 질환에서 이상 발현이 발견되었다. 염증성 장질환의 발생에서 장내 세균과 miRNA 모두 연관이 있음은 알려져 있으나, 아직까지 이들 상호작용에 관한 연구는 거의 없다. 따라서 이번 연구에서는 마우스 장염 모델을 이용하여 만성 장염의 발생에서 장내 세균과 miRNA의 상호작용을 알아보고자 하였다. 방법: C57BL/6 마우스에 2% dextran sodium sulfate (DSS)를 5일씩 3차례 투여하여 만성 장염을 유도하였다. DSS를 투여하지 않은 대조군과 DSS 투여군으로 나누어 실험을 진행하였다. 실험기간 동안 임상 증상과 체중 변화를 관찰하였고, 마우스 희생 후 장염에 대한 육안 및 조직학적 평가를 시행하였다. 또한 장 조직에서 분리한 RNA를 이용하여 RT-PCR로 다양한 염증 관련 사이토카인의 발현 변화를 평가하였다. 장 조직의 RNA를 분리하여 miRNA microarray를 통해 DSS 투여군과 대조군간 miRNA 발현 차이를 평가하였다. 또 마우스 대변을 채취하여 DNA를 분리하고 차세대 염기서열분석법인 Miseq을 이용하여 메타지노믹 시퀀싱을 시행하였다. DSS 투여군과 대조군간 의미 있는 차이를 보인 miRNA와 장내 세균간의 연관성 및 상호작용을 평가하기 위해 Spearman 순위 상관 분석과 네트워크 분석을 시행하였다. 결과: 대조군에 비해 DSS 투여군에서 체중 감소 및 설사 정도가 심하였고, 마우스 희생 후 관찰한 대장 육안 소견에서 의미 있게 대장 길이가 감소하였으며, 조직학적 염증 점수가 의미 있게 높았다. 메타지노믹 시퀀싱 분석에서 대조군에 비해 DSS 투여군에서 알파 다양성 지수들이 감소하였고, PCoA 분석에서 두 군 간에 확연히 다른 장내 세균 분포를 보였으며, DSS 투여군에서 대조군에 비해 상대 조성이 대표적으로 증가한 세균은 Akkermansia 속이었으며, 대표적으로 감소한 세균은 Lactobacillus 속과 Rumino-coccus 속이었다. MiRNA microarray 분석에서 두 군간 의미 있는 발현 차이를 보이는 182개의 miRNA를 확인하였고, 이 중 발현 차이가 가장 큰 20개의 miRNA를 선택해 분석을 진행하였다. DSS 투여군과 대조군 간에 발현 차이가 가장 큰 20개의 miRNA와 상대 조성 차이가 가장 큰 장내 세균 ASV 20개를 대상으로 상관 분석 및 네트워크 분석을 하였을 때 miRNA와 장내 세균간 다양한 조합의 연관성을 확인하였다. 결론: 마우스 모델에서 DSS투여로 장염을 유발하였을 때 장내 세균 조성과 miRNA발현이 의미 있게 변화하였고, 특정 세균과 특정 miRNA 간의 연관성 뿐만 아니라 다양한 조합의 장내 세균 무리와 miRNA들 간의 복잡한 연관성을 보였다. 이러한 실험 결과는 염증성 장질환의 발생에서 장내 세균과 miRNA가 상호작용할 가능성을 시사하며, 개별적인 특정 장내 세균과 특정 miRNA의 상호작용보다는 장내 세균 커뮤니티와 전체 miRNA 간의 다양하고 복잡한 상호작용이 질병의 발생에 보다 중요한 역할을 할 것으로 생각된다.