바이오인

림프조직이 아닌 조직에 존재하는 FOXP3+ CD4+ 조절 T (Treg) 세포는 형질과 기능의 관점에서 볼 때 림프조직에 있는 Treg 세포와 많은 차이를 보인다. 조직 Treg 세포들은 각기 다른 고유의 전사체, T 세포 수용체 레퍼토리, 성장 및 생존 인자들에 대한 의존성을 가지며, 이러한 차이들은 각자가 위치하는 조직에서 생존하며 활동하도록 하는 기반을 마련해준다. 이들이 갖는 기능들은 면역세포 조절을 넘어서 조직의 항상성을 유지하는 것까지 확장되어 대사 조절, 조직의 복구 및 재생 조절, 세포증식의 조절 등을 포함한다. 다양한 조직에서 발견되는 조직 Treg cell은 림프기관에 존재하는 FOXP3+ CD4+ 전구체로부터 기원하지만, 이 전구체는 자신이 최종적으로 도착한 조직에서 고유의 유전자 발현 양상을 보이면서 조직 특이성을 갖추게 된다. 조직 Treg 세포에 대한 이해를 높이는 것이 Treg cell을 이용한 정밀한 면역치료법 개발 시도에 영향을 줄 것이다.

키워드: Treg cell, FOXP3

분야: Cell_Biology, Immunology

본 자료는 Tissue regulatory T cells: regulatory chameleons. Nat. Rev. Immunol. 21, 597-611 (2021). 의 논문을 한글로 번역, 요약한 자료입니다.

1. 리뷰논문소개에 앞선 조절 T 세포에 대한 소개: 시대에 따른 개념의 발전

2. 서론

3. 조직 Treg 세포의 형질적 이질성(Phenotypic heterogeneity)

  3.1. VAT Treg 세포

    3.1.1. 전사체(Transcriptome)

    3.1.2. TCR 레퍼토리

    3.1.3. 생장 및 생존 조절 인자

    3.1.4. 사람에서의 연구

  3.2. 골격근 Treg 세포

    3.2.1. 전사체(Transcriptome)

    3.2.2. T 세포 수용체 레퍼토리

    3.2.3. 생장 및 생존 조절 인자

    3.2.4. 사람에서의 연구

  3.3. 피부 Treg 세포

    3.3.1. 전사체(Transcriptome)

    3.3.2. T 세포 수용체 레퍼토리

    3.3.3. 생장 및 생존 조절 인자

    3.3.4. 사람에서의 연구

4. 조직 Treg 세포의 기능적 이질성

  4.1. 대사조절

    4.1.1. VAT Treg 세포에 의한 대사조절

    4.1.2. 남여 성별 차이

    4.1.3. SAT Treg 세포에 의한 열생성 조절

  4.2. 조직 복구 및 재생

5. 조직 Treg 세포의 기원 및 다양화

  5.1. 세포수준에서의 파생

    5.1.1. 개체발생(Ontogeny)

    5.1.2. 파생(Derivation)

    5.1.3. 전문화(Specification)

  5.2. 분자수준에서의 파생

    5.2.1. 후성유전적 인자(Epigenetic factors)

    5.2.2. 전사조절인자(Transcription factors)

6. 요약 및 전망

7. 참고문헌

 

소개할 리뷰논문은 전사조절인자인 FOXP3를 발현하는 조절 T 세포(이하 Treg cell로 표기)가 신체의 다양한 조직에서 어떻게 다르며 어떠한 기능을 갖는지에 대한 최근 연구를 소개하고 있다. 리뷰논문을 소개하기에 앞서 Treg cell에 대한 간단한 정의를 내리고, 이 세포에 대한 이해가 과거부터 현재까지 어떻게 달라졌는지를 간략하게 소개하려고 한다.

우선 Treg cell은 αβ T cell 중에서도 CD4를 발현하는 CD4+ T cell의 한 아형(Subset)이다. 물론 CD8+ T cell에서도 FOXP3 발현이 확인되고 면역조절기능을 하는 것으로 알려져 있지만(Churlaud et al., 2015), 일반적으로 Treg cell이라 하면 CD4+ T cell의 한 종류를 지칭하며, 본 리뷰논문에서도 CD4+ FOXP3+ Treg cell을 다룬다.

일반적으로 T cell은 외부항원에 대한 후천성면역반응을 일으키거나 싸이토카인을 분비하여 염증반응을 증가시키는 등 면역반응을 활성화시키는 세포로 인식되지만, FOXP3를 발현하는 Treg cell은 오히려 면역반응을 억제시키고 염증반응을 잠재움으로써 과도한 면역활성화를 막고 자가면역반응을 방지하는 어찌보면 정반대의 기능을 하는 CD4+ T cell이다. 

 

Treg cell이 없이 태어난 쥐는 많은 장기에서 심각한 자가면역반응이 발생하고 이로 인해 태어난 지 몇 주 내로 죽게 된다. 이처럼 Treg cell은 없어서는 안 될 중요한 면역세포다. 현재는 Treg cell의 마커로 전사조절인자인 FOXP3가 사용되지만 처음부터 FOXP3가 Treg cell의 마커로 사용된 것은 아니다.

비록 그 정체는 온전히 알지 못했지만, 이미 1969년부터 Treg cell이 존재할 것이라는 가능성이 제시되었다(Gershon and Kondo, 1970, 1971; Nishizuka and Sakakura, 1969) (그림 1A). 계속해서 이와 관련된 연구들은 증가했고, 1980년대에 들어서면서 조절 T 세포와 관련된 연구들이 급격히 늘어나기 시작했다. 

 

1980년대 후반에 연구자들은 쥐의 T cell 중에서 특정 T cell을 제거하면 자발적인 자가면역반응이 생기고 반대로 특정 T cell이 존재하면 자가면역반응이 생기지 않는다는 사실들까지 알아내면서 Treg cell에 대한 이해를 확장시켜 나갔다(Powrie and Mason, 1990; Sakaguchi et al., 1985; Smith et al., 1992; Sugihara et al., 1988). 그리고 Treg cell은 CD5를 높게 발현하고(Sakaguchi et al., 1985) CD45RB를 낮게 발현한다(Powrie and Mason, 1990)는 사실 정도가 알려졌다.

 

비록 그 정체가 여전히 완전히 드러나지 않았지만 자가항원에 반응하는 T cell을 잠재울 수 있는 Treg cell이 존재한다는 사실만큼은 더이상 부인할 수 없을 정도가 되었다. 그리고 1995년, IL-2 수용체인 CD25를 높게 발현하는 CD4+ T cell로 Treg cell의 후보가 좁혀졌다(Sakaguchi et al., 1995). 

 

놀랍게도 이는 꽤나 정확한 추측이었다. 당시에는 Treg cell의 전사조절인자로서 FOXP3의 존재가 아직 밝혀지기 전이었지만, 림프절이나 비장(Spleen)에 존재하는 CD25+ CD4+ T cell의 80~90%정도가 FOXP3를 발현하기 때문이다. 하지만 CD25 발견 이후에도 한동안은 Treg cell의 정체를 여전히 풀지 못했다. 2003년에 Treg cell의 핵심 전사조절인자로 FOXP3가 밝혀지면서 비로소 FOXP3가 Treg cell의 핵심 마커로 인정을 받게 되었고(Fontenot et al., 2003; Hori et al., 2003), 2000년대 중후반에 들어서면서 Treg cell에 대한 연구는 엄청난 인기를 끌게 되었다. PubMed에서 Foxp3, Treg, Regulatory T cell을 키워드로 검색해보면 2000년대 중후반부터 이와 관련된 논문이 매년 1,000편 이상씩 발표되는 것을 확인할 수 있다 (그림 1B).

FOXP3 발견 이후 Treg cell에 대한 많은 연구가 있었고, 2012년에는 내장지방조직(VAT)에 존재하는 Treg cell은 FOXP3뿐만 아니라 PPARγ의 발현이 필수적이라는 사실이 밝혀졌다(Cipolletta et al., 2012). 이와 유사하게 장에 존재하는 Treg cell은 FOXP3뿐 아니라 RORγt를 공동발현하고(Yang et al., 2016), Follicular Treg cell의 경우 BCL6를 공동발현한다(Chung et al., 2011). 

 

이러한 발견들을 기초로 이제는 단순히 FOXP3의 발현뿐 아니라 다른 여러 전사조절인자의 공동발현을 통해 조직에 적합한 Treg cell이 만들어진다는 개념으로 Treg cell의 개념이 확장되었고, 이번에 소개할 리뷰논문에서는 이러한 조직 Treg cell에 대한 최신 연구동향들을 소개하고 있다.

 

A. 1969년 Treg cell의 존재 가능성이 제시된 이후 점진적으로 Treg cell에 대한 연구가 발전하였다. 1980년대에는 Treg cell의 존재가 확인되었고, 1995년부터는 CD25를 높게 발현하는 CD4+ T cell이 Treg cell로 인정받았다. 이후 2003년에 FOXP3를 발현하는 CD4+ T cell이 Treg cell임이 증명되면서부터 Treg cell에 대한 연구가 급격히 증가하였다. 현재는 다양한 조직에 존재하는 Treg cell은 FOXP3뿐 아니라 다른 전사조절인자들을 공동발현함으로써 각 조직의 특성에 맞는 Treg cell로 분화함이 알려져 있다.

B. PubMed에서 “Regulatory T cell”, “Treg”, “FOXP3”을(를) 포함하는 논문 건수를 그래프로 정리하였다(기간: 1972년 ~ 2021년 9월 6일). Treg cell의 마커로 Foxp3가 발견된 시점 이후부터 Treg cell과 관련된 논문의 수가 폭발적으로 증가한 것을 확인할 수 있다.

Treg cell은 처음 발견되었을 때는 다른 T 세포들의 활성을 조절하는 세포로 주목을 받았으나 이제는 거의 모든 선천성 및 후천성 면역세포들의 면역 반응을 조절할 수 있는 것으로 알려져 있다. 지난 10여년간에는 Treg cell에 대한 연구가 대부분 혈액과 말초 면역기관을 순환하는 Treg cell에 집중되었으나, 최근에는 비(非)림프조직(Non-lymphoid tissue)에 존재하는 다양한 Treg cell이 발견되면서 Treg cell의 형질과 기능적 다양성에 대한 지식이 확장되고 있는 추세다.

이 리뷰논문에서는 비림프조직에 존재하는 Treg cell에 대해 알려진 내용들을 다루며, 이러한 Treg cell을 ‘조직 Treg cell’로 명명한다. 조직 Treg cell의 형질적 이질성을 주로 다루면서 크게 다음 세 가지의 주제들을 다룬다.

- 면역조절보다는 조직의 항상성을 조절하는 기능에 초점을 둔 조직 Treg cell의 기능

- 조직 Treg cell의 세포 기원 및 분자적 다양성

- 꼭 다뤄야할 최근의 논점들

3. 조직 Treg 세포의 형질적 이질성(Phenotypic heterogeneity)

Treg cell 연구 초창기에도 조직에서 발견되는 Treg cell에 대한 보고들이 일부 있었지만, 2009년에 내장지방조직(Visceral adipose tissue, 내부 장기를 둘러싸고 있는 지방조직에 대한 총칭, 이하 VAT로 표기) Treg 세포가 발견되면서(Feuerer et al., 2009) 비로소 조직에서 단순히 면역기능만을 수행하는 것을 넘어 조직의 항상성 유지에도 관여하는 조직 Treg 세포라는 개념이 확립되었다. 이후 골격근, 피부, 장, 심근, 폐, 간, 중추신경계 등 다양한 위치에서 조직 Treg cell이 발견되었다. 해당 리뷰논문에서는 크게 세 가지의 조직(내장지방, 골격근, 피부)에서 발견되는 조직 Treg 세포들을 다루고 있다.

3.1. VAT Treg 세포

살 찌지 않은 쥐의 생식기(부고환) 주위를 감싸는(Epididymal) VAT에서 발견되는 VAT Treg cell은 3-4개월된 쥐에서 증가하기 시작해서 5-7개월이 되면 대부분의 CD4+ T cell을 차지하게 된다. 반면 유전적으로 또는 식이요법으로 인해 비만이 유도된 쥐의 경우 VAT Treg cell의 수가 매우 감소한다. 이러한 변화는 VAT Treg cell이 국소적 또는 전신에 걸친 대사에 중요한 역할을 할 수도 있다는 실마리를 제공하였다. VAT Treg cell의 독특한 전사체(Transcriptome), T 세포 수용체(T cell receptor, 이하 TCR로 표기) 레퍼토리(Repertoire), 생존 및 성장인자 의존성에 대해 이해함으로써 VAT Treg cell의 기능들을 이해할 수 있다.

3.1.1. 전사체(Transcriptome)

VAT Treg cell이 갖는 전사체(Transcriptome)는 림프기관에 존재하는 Treg cell이 갖는 전사체와 매우 다르다. VAT Treg cell에서 발현이 증가하는 유전자는 Pparg, Rora, Gata3와 같은 전사조절인자, Cxcl2, Cxcr6, Ccr1, Ccr2, Il10, Il5, Il1rl1, Il9r 등의 케모카인/싸이토카인과 수용체, Pdcd1, Ctla4, Cd80과 같은 동시활성분자(Co-stimulatory molecule) 등이 있고, 놀랍게도 Dgat1, Dgat2, Cd36과 같은 지질 대사와 관련 있는 단백질들을 포함한다. VAT Treg cell을 결정짓는 핵심적인 전사조절인자는 PPARγ (Peroxisome proliferator-activated receptor-γ)이며, PPARγ는 지방세포의 분화를 조절하는 핵심 전사조절인자로 알려져 있다. FOXP3를 발현하는 세포 특이적으로 PPARγ발현을 차단시킨 쥐는 VAT Treg cell의 수가 감소할 뿐 아니라, 그나마 VAT에서 발견되는 Treg cell마저 VAT Treg cell의 특징을 보이지 않는 점이 VAT Treg을 결정짓는데 있어서 PPARγ 발현이 필수적임을 시사한다. 이러한 사실을 뒷받침하듯 PPARγ 작용제(Agonist)를 투여받은 쥐는 VAT Treg cell의 수가 증가하는 양상을 보인다.

3.1.2. TCR 레퍼토리

특정 항원에 대한 면역 반응이 일어나는 등의 특수한 경우가 아니라면 체내에 존재하는 T cell들은 매우 다양한(거의 겹치지 않는) TCR 레퍼토리를 갖는다. 마찬가지로 쥐의 림프기관에 존재하는 Treg cell도 다양한 TCR 레퍼토리를 보유하고 있다. 하지만 흥미롭게도 VAT Treg cell은 상당히 제한적인 종류의 TCR 레퍼토리를 보유하고 있고, 특정 TCR을 발현하는 T cell 클론(Clone)이 증식하는 것은 VAT Treg cell이 VAT에 존재하는 특정 항원에 반응할 가능성을 제시한다.

부고환 VAT에 VAT Treg cell들이 축적되는 과정에 항원제시세포로부터 제시된 항원을 TCR이 인식하는 것이 중요하다는 보고가 있고, 최근 발표된 연구는 TCR의 종류가 VAT Treg cell이 VAT에 축적되는 과정에 크게 기여함을 보여주기도 한다(Li et al., 2018). 해당 논문에서는 부고환 VAT Treg cell중에서 약 10% 비중을 차지하는 TCR 클론의 서열을 얻어내 해당 TCR을 발현하는 유전자변형쥐를 만들었고, 그 결과 이 쥐에서는 부고환 VAT에 존재하는 Treg cell이 매우 증가했으며, 이 쥐의 비장(Spleen)에서 얻어낸 Treg cell을 다른 일반 쥐에 이식했을 때 이식된 Treg cell들이 부고환 VAT에 축적되는 것을 확인했다. 이를 통해 TCR의 레퍼토리가 (또는 TCR이 인식하는 항원의 종류가) VAT Treg cell의 이동 혹은 조직 특이성에 기여할 수 있음이 확인되었다.

3.1.3. 생장 및 생존 조절 인자

VAT Treg cell 역시 일반적인 FOXP3+ Treg cell과 마찬가지로 CD25 (IL-2 수용체)를 높게 발현하고 IL-2에 의해 세포분열이 촉진되는 IL-2 의존적인 성질을 갖는다. 하지만 림프기관에 존재하는 Treg cell과 다르게 VAT Treg cell은 IL-33에 매우 강하게 반응하고, 이를 뒷받침하듯 IL-33의 수용체인 ST2를 높게 발현한다. IL-33이나 ST2의 발현을 제거한 쥐에서 VAT Treg cell의 수와 비율이 매우 감소하는 사실이 VAT Treg cell의 축적에 있어 IL-33 신호가 얼마나 중요한지를 잘 보여준다. 사실 처음에는 VAT Treg cell의 축적에 있어 IL-33의 영향이 직접적이지 않을 수 있다는 이야기도 있었다. 제2형 선천성림프세포(Group 2 innate lymphoid cell, ILC2)에서 ST2를 제거해도 VAT Treg cell이 감소하기 때문이다. 하지만 후속연구들은 IL-33이 직접적으로 VAT Treg cell의 증식과 유전자 발현 양상에 영향을 주는 사실을 발견함으로써 IL-33이 VAT Treg cell의 축적에 직접적으로 관여함을 밝혀냈다. 현재는 VAT에 존재하는 ILC2와 Treg cell이 ICOSL-ICOS와/또는 OX40L-OX40의 상호작용을 통해 IL-33에 의한 영향을 서로 주고받는 것으로 이해되고 있다.

VAT Treg cell의 증식에 기여하는 IL-33은 어떤 세포로부터 유래하는지에 대한 연구도 이후 진행되었고, CD45- CD31- PDGFRα/PDPN+ SCA1+ 세포가 IL-33의 주된 출처임이 확인되었다(Spallanzani et al., 2019).