사람 무산소 공생균 Bacteroides ovatus를 이용한 염증성 대장으로의 Xylan-조절 Keratinocyte Growth Factor-2의 전달

Abstract

사람 증식인자(human growth factor)들은 위장관의염증성 질환을 치유하는 능력을 갖고 있다. 그러나 이들을구강으로 투여할 경우 위산, 단백분해효소 등으로 인해 약물 안정성이 낮아지고, 전신적으로 투여를 할 경우에는 원하지 않는 부위에 약물 부작용을 초래할 가능성이 높다. 이런 단점을 극복하기 위해 살아있는 미생물을 기반으로 한약물전달체계(live microorganism-based delivery system)가 고안되었다. 이번 연구에서는 미생물 기반 약물전달체계로서사람의 장내에 정상적으로 존재하는 공생균(commensal bacteria)Bacteroides ovatus를 이용하였다. 이 균 내부에 장 상피세포의 회복에 중요한 역할을 하는 keratinocyte growth factor (KGF)-2 생성 유전자를 삽입하였고, 이 유전자가bacteroides xylanase promoter에 의해 조절되도록 하였다. 이번논문은 이와 같은 유전자 조작 세균을 B. ovatus expressing human keratinocyte growth factor-2 (BO-KGF)라고 명명하였다. In vitro 실험 결과 0.05% xylan이 있으면 BO-KGF 세균이 KGF-2를 충분히 생성할 수 있었고, 장 상피세포 증식을촉진시켰다. In vivo 실험에서 BO-KGF를 위관 투여한 후(oral gavage) 30 mg/mL의 xylan이 포함된 음식을 섭취한 마우스의 대장세척액에서 16 ng/mL 이상의 KGF-2가 측정되었다. 그런데 BO-KGF 균은 무산소 세균이므로 산소에 대해취약성을 나타낼 것이다. 즉, 보통 대기 환경에 노출될 경우B. ovatus의 50%가 24시간 후에 소실되고 96시간이 지나면단지 5% 미만이 생존하였다. 또한 2×108 colony-forming unit (CFU)의 BO-KGF 균을 위관 투여한 24시간 후 대변에 많은수의 균이 관찰되었지만 48시간이 지나면 균이 발견되지 않았다. 따라서 치료 후에 환자로부터 유전자 조작 세균이 부주의하게 방출될 가능성은 낮고 보통 환경에서도 생존가능성이 낮다는 점에서 본 유전자 변형 생물체의 생물안전성(biosafety)은 높을 것으로 보인다. 이와 같은 기초실험 후에저자들은 dextran sodium sulfate (DSS)-마우스 장염 모델에서BO-KGF 균의 치료 효과를 관찰하였다. 그 결과 BO-KGF 균을 xylan과 함께 투여하면 DSS에 의해 나타나는 각종 지표들(체중 감소, 질환 활동 지표의 증가, 대장 길이 감소 등)이 현저하게 완화되었다. 그리고 병리생물학적 지표들[염증세포 침윤, 상피세포 파괴, 염증성 사이토카인(TNF-α, IL-1β및 IL-6) 분비]을 억제시켰을 뿐만 아니라, 장 상피세포의증식과 술잔세포(goblet cell)의 수를 증가시켜 점막치유를촉진시켰다. 이와 같은 효과는 dexamethasone(1일 투여 용량3μg/g)을 투여한 마우스 모델의 치료효과와 유사하였다. 저자들은 이와 같은 치료모델뿐만 아니라 DSS-예방모델에서도 유전자 조작 BO-KGF 균의 효용성을 증명하였다