The functional role and its regulation of glutamate carboxypeptidase II expression on astrocyte in experimental autoimmune encephalomyelitis

Abstract

실험적 자가 면역성 뇌척수염 (EAE)은 사람의 다발성 경화증 (MS)의 동물 모델로서 중추신경계내로 침윤된 T 세포 매개의 탈수초성 질병으로 알려져 있으나, 최근에는 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트가 MS의 유발에 미치는 영향 또한 보고되고 있다. Glutamate carboxypeptidase II (GCPII)는 이러한 글루타메이트를 생성하는 효소로써 다른 중추신경계 질병의 유발에 미치는 영향이 널리 알려져 있으나, MS 및 EAE에서는 GCPII의 기능 및 그 조절에 의한 영향이 밝혀지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 EAE 모델에서 GCPII의 발현이 질병의 진행에 미치는 영향을 평가하고 이와 더불어 GCPII의 저해가 EAE의 특징인 중추신경계 염증 및 탈수초에 의한 axon의 손상에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 그 결과 우선 GCPII의 발현이 EAE 임상증상의 심화 정도에 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 GCPII의 발현이 기존의 보고와 일치하여 성상세포에서 주로 일어남을 확인할 수 있었다. 또한 EAE가 유발된 마우스에 GCPII 저해제인 2-PMPA를 처리하였을 시, 임상 증상과 특징적인 뇌병변 (중추신경계 염증, 과도한 아교세포의 활성화 및 axon의 손상)을 유의적인 감소를 확인할 수 있었다. 이와 더불어 말초의 자가항원 반응성 T 세포의 수적, 기능적 변화를 살펴본 결과, Th1 세포의 분화 및 IFN-γ의 생성을 촉진하는 metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1)의 발현이 중추신경계 및 말초 면역기관에서 모두 저하되며, 특히 CD4+ T 세포에서 mGluR1이 유의적으로 감소함을 확인하였다. 결론적으로 성상세포 유래 글루타메이트 생성 효소인 GCPII는 자가 면역성 뇌척수염의 심화에 영향을 미치며, 이러한 GCPII의 저해로 인해 감소된 글루타메이트의 생성이 mGluR1의 발현을 조절하여 CD4+ T 세포의 수 및 기능을 조절함에 따라 중추신경계 염증이 억제되어 최종적으로 axon의 손상을 막는 것으로 사료된다.

Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a demyelinating autoimmune disease murine model which presents clinical similarity to human multiple sclerosis (MS). Although glutamate-induced excitotoxicity has been implicated in the disease progression of MS patient, glutamate carboxipeptidase II (GCPII), an enzyme that produces glutamate and affects the pathogenesis of various neurological disorders, has not received proper attention in MS/EAE. In this study, we show that GCPII is a potent therapeutic target for MS/EAE. First, the expression of GCPII was significantly elevated on astrocytes of EAE mice proportional to the severity of EAE clinical sign. Furthermore, treatment with a specific GCPII inhibitor, 2-phosphonomethylpentanedioicacid (2-PMPA), resulted in significantly ameliorated paralysis with ensuing attenuation of EAE-associated neuropathic features. Upon antigen restimulation, lack of GCPII led to marked reduction in myelin-reactive T cell responses and T effector cell polarization in periphery. Moreover, GCPII inhibition favorably altered the expression of inducible metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1) on CD4+ T cells. These data suggest previously unreported interaction between astrocytic GCPII expression and critical EAE-associated features including neuroinflammation and highlight mGluR1 as one of key modulator of glutamate-induced T cell responses during EAE.