거의 모든 세포에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \)는 산화적 스트레스와 함께 염증반응의 상승이 관찰된다. Ptgs2를 제외 하고는 유전자들의 미세먼지 노출에 대응한 발현과 활성의 증가는 전혀 알려진 바 없다. 본 연구에서는 1차 배양 쥐 각막 상피세포를 이용하여 heatmap 분석을 통해 \( \mathrm{PM}_{2.5} \)의 새로운 표적유전자의 발굴을 시도하였고, Ptgs2를 포함하여 BLNK, IL-1RA, Itga2b, ABCb1a를 표적 유전자로 제안 한다.
<h2>각막 상피세포에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의한 염증성 반응의 유발</h2> <p>최근 연구들에 의하면, \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의한 안구 질환의 유발에는 산화적 스트레스에 동반된 염증 반응의 증가가 주요요인으로 작용함이 밝혀졌다 \( [16,26] \). 특히 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 노출되면 각막 상피세포가 손상된 부위로 이동하는 것이 억제되어 각막 상처 치유 능력이 제한되며, 이는 ROS 생성 및 염증 반응 증가에 의한 각막 상피세포의 세포사멸 촉진에 따른 노화와 연계된다[5]. 예를 들어, \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 노출된 야외 작업자의 눈물에서 항염증성 사이토카인(anti-inflamma-tory cytokines)인 IL-5 및 IL-10의 수치가 감소하였으며 이는 안구 표면 면역반응 저하에 기여하는 것으로 나타났다. 반면, \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 노출된 포함한 각막 상피세포에서 염증성 매개인자인 NO와 전염증성 사이토카인인 IL-8의 생성이 증가하였으며, 결막 상피세포(conjunctival epi-thelial cells)에서도 TNF- \( \alpha \) 및IL-6의 수치가 상승하였고, 이는 산화적 스트레스 유발을 동반하였다. 또한 Niu et al. 의 연구에 의하면 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 가 처리된 각막 상피세포에서 nod-like receptor family pyrin domain containing three (NLRP3) inflammasome 활성과 연관된 pyroptosis가 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의한 각막 독성에 직접적인 연관성이 있었다. 따라서 1 차 배양 쥐 각막 상피세포에도 이러한 현상이 동반되는 지를 조사한 결과, NO의 생성이 대조군에 비하여 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 가 처리된 세포에서 \( 4.5 \) 배 정도 증가하였으며, TNF- \( \alpha, \mathrm{IL}-\beta \) 및 IL-6의 생성 또한 PM2.5 처리에 의하여 증가하였다 (Fig. 3). 그러나 IL-10과 같은 대표적인 항염증성 사이토카인은 유의적인 변화가 관찰되지 않았다(Data not shown). 따라서 쥐의 1 차 배양 각막 상피세포에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 가 산화적 스트레스와 함께 염증반응을 상승시키는 것은 본 연구에서 사용된 1 차 배양 각막 상피세포를 포함한 거의 모든 세포에서 관찰되는 공통적인 현상임을 알 수 있다.</p> <h2>각막 상피세포에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 유행성 관련 표적 유전자 발굴</h2> <p>최근 Lyu et al. 은 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 노출된 인간 각막 상피세포의 전사체 프로파일링을 보고한 바 있다. 그들은 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의하여 증가하거나 감소된 유전자들을 중심으로 미세먼지 관련 안구 표면 질환의 치료에 적용 가능한 유전자로서 plasminogen activator inhibitor type-2 (PAI-2)를 제시하였다. 다양한 유전자들 중에서 이를 선택한 근거로서 \( \mathrm{PAI}-2 \) 는 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 노출된 인간 기관지 상피 세포(human bronchial epithelial cells) 의 epithelial-mesenchymal tran-sition (EMT) 과정과 관련이 있었기 때문이었다. 본 연구실의 선행 결과에서도 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 는 인간 망막 상피세포에서 EMT를 촉진시켰음을 보고한 바 있으며, 이는 산화적 스트레스 유도 의존적이었다. 본 연구에서도 1 차 배양 쥐 각막 상피세포에서 다양한 유전자 발현 프로파일링 을 보여주는 heatmap 분석을 통하여 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 의 새로운 표적유전자의 발굴을 시도하였다. 조사된 면역 및 신호전달계를 포함한 유전자 중에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의하여 2 배 이상 증가 (붉은색)하였거나 감소(파란색)한 유전자를 Fig. 4A 에 제시하였으며, 각 유전자의 핵심적인 기능은 Fig. 4B에 제시하였다. 특히 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 처리에 의하여 3 배 이상 감소하였거나 증가한 유전자들을 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 처리에 의한 표적 유전자로 선발하였으며, 감소한 대표적인 유전자로는 B-cell-linker-protein (BLNK) 및 IL-1 수용체 길항제(IL-1 receptor antag-onist, IL-1RA)이며, 증가한 유전자로는 integrin alpha-IIb (Itga2b), ATP binding cassette subfamily B member 1A (ABCb1a) 및 prostaglandin-endoperoxide synthase 2 (Ptgs2) 였다. B 세포 수용체 신호전달계 핵심 linker 단백질인 BLNK의 기능적 상실은 B세포의 항상성을 파괴하고 B세포의 발달 및 성숙에 영향을 미쳐 B세포 관련 면역 질병의 발생으로 이어질 수 있다. 면역 세포를 포함한 다양한 세포에서 IL-1RA은 IL-1 수용체(IL-1 receptor, IL-1R)에 부착하여 IL-1 계열 사이토카인의 염증성 반응의 억제에 관여한다. 따라서 각막 상피세포에서 이 두 유전자가 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 의 처리에 의하여 감소되었음을 면역 기능의 저하 및 염증반응의 상승 효과에 최소한 기여할 수 있을 것으로 추정된다. 한편 CD41로도 알려진 Itga2b는 혈소판 수용체로 작용하는 혈소판 당단백질의 형성에 기여하며, 당 단백질의 일종으로 ABC transporter인 Abcb1a는 특정 약물의 혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier, BBB) 투과성에 중요한 역할을 한다. 잘 알려진 바와 같이 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 는 태반과 태아의 BBB를 가로질러 배아 발달의 신경독성을 유발할 수 있다. Ptgs2는 arachidonic acid를 prosta-glandins로의 전환에 관여하는 cyclooxygenase- 2 로서 염증 반응에 관여하는 prostaglandin 계열 물질의 생성이 핵심적인 역할을 하면, 미세먼지 노출에 대응하여 그 발현과 활성이 증가되는 것으로 알려져 있다. 특히 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 는 인간 배아 줄기세포 유래 망막 organoid 모델에서 세포 증식을 억제하고 세포사멸을 촉진하여 비정상적인 인간 망막 발달에 기여한다고 보고된 바 있다. 그러나 Ptgs2를 제외 하고는 각막 상피세포에서 미세먼지에 의한 이들 유전자 들의 역할은 전혀 알려진 바 없다.</p> <p>본 연구에서는 미세먼지에 의한 각막 상피세포의 유해성을 평가하기 위한 in vitro 모델로서 쥐의 각막 유래 상피 세포의 활용성을 조사하였다. 본 연구의 결과에 의하면, 1 차 배양 쥐 각막 상피세포에서 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 에 의한 세포독성은 세포사멸 유도와 연관성이 있었으며, 이는 미토콘드리아 기능 장애에 따른 ROS의 생성 증가에 의한 것임을 알 수 있었다. 또한 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 는 각막 상피세포에서 염증성 반응을 증가시켰으며, 이는 \( \mathrm{PM}_{2.5} \) 의 침투에 따른 면역계의 교란과 연계성이 있을 것으로 추정된다. 아울러 본 연구에서 발굴된 BLNK, IL-1RA, Itga2b, ABCb1a및 Ptgs2는 향후 미세먼지의 유해성과 연관된 각막 상피세포의 병리적인 기전 연구와 방호 물질의 발굴을 위한 표적 유전자로 제안 한다.</p>