염증성 상태 하에 있는 뇌-혈관 장벽에서 차등 발현되는핵산 document_id A220623012244

뉴런은 적절하게 기능하기 위해 치밀하게 제어되는 세포외 환경을 필요로 한다. 이 본질적이고 잘 확립된 마이크로환경은 아스트로사이트 (또는 astroglia)라고 불리는 뇌 세포를 간호함으로써 국소적으로 유지된다. 혈액과 뇌의 세포외 구획 간의 상당하고 가변적인 상이성의 문제에 대응하기 위해, 중추신경계(CNS)는 또한 수많은 혈관-CNS 장벽, 즉 뇌혈관 장벽, 뇌혈관척수액(CSF) 장벽, 혈관-CSF 장벽, 뇌실막 및 교세포경계, 또한 혈액-망막 장벽, 혈액-신경 장벽, 혈관-척수 장벽에 의해 일반 혈액 순환으로부터 차폐된다. 뇌혈관 장벽(BBB)은 다른 혈관-CNS 장벽들에 비해, 1000배 더 큰 표면적을 덮고 있고 때문에, 가장 중요한 혈관-CNS 장벽으로 간주된다. BBB는 CNS에서의 모세혈관을 덮는 독특한 치밀 내피 세포 층을 그 특징으로 한다. 또한, 아스트로사이트는 모세혈관 상에 있는 '신경아교족(glialfoot)'을 보호함으로써 상기 내포 세포에서 BBB 성질을 주로 유도한다. 특히, BBB 이온(Na+, F. Ca2+), 물, 영양소, 대사물, 신경전달물질(글루탐산, 트립토판), 혈장 단백질(알부민, 피브리노겐, 면역글로불린), 면역계로부터의 세포 및 뇌의 유입 및 유출성 생체이물(약물)의 수송을 제어한다. 뇌의 모세혈관 상피세포는 말초 모세혈관에 비해 특수한 성질들을 가진다. 그것은 좁은 밀착성 결합을 가지고, 창이 없으며, 낮은 포음(pinocytotic) 활성 및 연속적 기저막을 가진다. 좁은 밀착성 결합은 1500 내지 2000 Ohm.cm2의 높은 전기저항을 초래한다. 게다가, 내피 세포는 음으로 하전된 화합물을 거부하는 음성 표면 전하를 가진다. 그것은 영양소 및 기타 화합물을 뇌에서 활성적으로 유출 및 유입 수송하는 화합물 및 선택적 운송 시스템을 파괴하는 많은 미토콘드리아 및 효소를 가진다. 건강한 상태 하에서, BBB는 약물 또는 내인성 화합물이 뇌로 들어가는 제어할 뿐만 아니라, 세포성 침윤이 말초 기관에 비해 낮다. 정상적 내피 세포 층은 혈소판 및 백혈구의 접착, 및 임의의 응고 시스템의 활성화를 방지하는 내혈소판 표면을 제공한다. 고분화된 뇌 미세혈관 내피 세포는 면역 감시로부터 뇌를 단리하는 치밀한 장벽을 형성하고, 단지 수개의 단핵 세포(예컨대, 활성화된 T-세포)만이 CNS로 이동하도록 한다. 주조직 적합성 복합체 항원의 낮은 발현, 건강한 CNS 중의 항원-제시 세포의 적은 수, 및 CNS가 매우 발달된 임파성 맥관구조에 의해 적절히 배수되지 않는다는 사실은 뇌를 "면역격리된" 부위가 되게 한다. BBB의 해부학적 기초의 본 이해는, 그것이 말초(예컨대 코티솔, 아드레날린) 및 국소(예컨대 사이토킨, 케모킨) 호르몬에 의해 영향을 받는 동적 제어 기관으로서 기능한다는 것이다. 아스트로사이트에 부가하여, 혈관주위세포, 뉴런 및, 면역계의 세포와 같은 수개의 다른 세포는 그것의 성질에 영향을 준다. 그 다음, 상피세포는 응고, 베스토너스의 조절, 항원-제시 및, 예컨대 성장 인자에 의한 기저막의 조절과 같은 다른 공정들에 관여한다. 특히, 뇌 및 대뇌 염증, 뇌 종양의 신생혈관형성과 같은 병리학적 상태 하에서는, 활성화된 상피세포가 중요한 역할을 한다. 일반적으로, BBB는 뇌의 항상성을 보호하는 작용을 하는 기관으로 간주될 수 있다. 당연하게, BBB의 기능장애는 매우 대부분의 뇌 장애들에 있어 중심적인 역할을 한다. 일부 예들은 다음과 같다: i. 뇌 혈관인성 부종은 뇌 조직으로의 혈관으로부터의 물 및 혈장 단백질의 질병(염증)-유도 누출의 결과이다. 이는 발작, 뇌 감염, 두부 외상, 뇌 종양 및 다발성 경화증과 같은 장애들에 있어 불능 및 죽음의 주요 원인이다. 부종은 뇌가 스컬의 경질 환경 내에서 팽창하도록 유발한다. 그에 따른 두개강내 압력의 상승은 이어서 뇌의 헤르니화를 초래할 수 있고, 그 후 호흡과 같은 본질적인 뇌의 기능이 불량해지고, 비치료된 경우, 심각한 장애, 코마 및 심지어는 죽음을 초래한다. ii. 다발성 경화증에서, 활성화된 자동반응 T 세포는 활성화된 BBB를 통과한다. CNS 내에서, 이 T 세포는 수초에 대해 표적화된 염증 반응을 유도하고, 이는 또한 BBB의 파멸을 유발한다. 자동항체 및 보체 인자가 이제 파멸된 BBB에 걸쳐 있고, 이는 탈수초화 공정을 초래한다. 이제, 수초 단편은 또한 파멸된 BBB를 통해 말초로 다시 누출되고, 여기에서 그것은 더 많은 자동반응 T 세포를 활성화시키고, 이는 더 많은 자동항체의 생산을 증진시킨다. iii. 세포외 유체 내에서의 신경전달물질과 미세한 이온들의 균형을 확실히 하지 못하면, 손상된 뉴런 신호전달을 초래하고, 이에 손상된 인식 기능화, 신경정신 장애 또는 간질성 발작이 초래된다. iv. 혈류로의 BBB 전반에 걸친 손상된 독성 단백질 제거는 최근 알쯔하이머병과 같은 신경퇴행 장애 및 크로츠펠트-제이야콥병 및 BSE와 같은 프라이온 질병의 병인으로 이어졌다. 병리학적 그러한 단백질의 병리학적 축적은 신경 세포의 죽음, 및 그에 이은 손상된 인식 기능화를 초래한다. 이에 따른 기능장애 BBB의 치료는 뇌 장애의 치료를 위한 새로운 해결책을 제시한다. 뇌 장애는 서양 세계에서 사망률 및 장애의 주요 원인이다. 유전자 발현이 뇌혈관 장벽 기능성의 초기 동적 염증-유도 변화를 겪는 뇌 미세혈관 내피 세포에서 조절되는 신규 LPSS 폴리펩티드의 동정 및 특성화는 상기 필요를 충족시키는데 유용한 것으로 입증될 것이다. 뇌 장애의 치료를 위한 BBB-치료 성능을 가지는 바람직한 약물에 부가하여, 적절한 기능의 BBB도 또한 면역 반응을 중재하는 임파구의 뇌부로의 도입을 막거나 감소시키기 위해 필수적이다. 이는 전이암 세포의 두뇌부로의 도입을 막는다. 유전자 발현이 뇌혈관 장벽 기능성의 초기 동적 염증-유도 변화를 겪는 뇌 미세혈관 내피 세포에서 조절되는 신규 LPSS 폴리펩티드의 동정 및 특성화는 상기 필요를 충족시키는데 유용한 것으로 입증될 것이다. 그러나 BBB는 또한 생체이물(예컨대, 약물 및 진단제)의 뇌로의 전달을 제한하며, 이는 뇌 장애의 정통적 약물 치료법(즉 뉴런에 대해 표적화된 치료법)을 복잡하게 만든다. 그러므로 BBB를 가역적으로 개방함으로써 혈액-매개성, 막-비투과성 약물을 뇌에 전달하거나, 혹은 내인성 BBB 운송 시스템에 의해 약물을 뇌에 선택적으로 표적화하기 위해 BBB의 투과를 조작하는 것도 또한 바람직하다. 이는 혈액-고환 장벽 및 혈액-태반 장벽에 걸친 약물 전달을 막는다. 유전자 발현이 뇌혈관 장벽 기능성의 초기 동적 염증-유도 변화를 겪는 뇌 미세혈관 내피 세포에서 조절되는 신규 LPSS 폴리펩티드의 동정 및 특성화는 상기 필요를 충족시키는데 유용한 것으로 입증될 것이다. 혈관 장애를 앓는 뇌 또는 눈 이외의 다른 기관의 미세혈관의 BBB 성질들을 조작하는 것도 또한 바람직하다. 말초 미세혈관에 BBB 성질들을 도입하는 것은 (미세)혈관병증, 병리학적 신생혈관형성, 혈액-고환 장벽 또는 혈액-태반 장벽의 불량과 관련된 상태, 및 폐 부종과 같은 상태, 세균성 내독소, 섬유소 과다용해 및 과민성 쇼크에 의해 유발되는 쇼크에서 유익할 것이다. 유전자 발현이 뇌혈관 장벽 기능성의 초기 동적 염증-유도 변화를 겪는 뇌 미세혈관 내피 세포에서 조절되는 신규 LPSS 폴리펩티드의 동정 및 특성화는 상기 필요를 충족시키는데 유용한 것으로 입증될 것이다. 뇌 아스트로사이트가 말초혈관 종말단추의 보호에 의해 뇌 모세혈관 내피 세포(BCEC)의 BBB 성질들을 유도한다는 것이 오랫동안 공지되어 있다 (Arthur 등, 1987, Brain Res. 433: 155-159, Janzer 및 Raff, 1987, Nature 325: 253-257). 아스트로사이트 컨디셔닝된 매질(ACM)이 유동성 효과들 중 일부를 재생할 수 있기 때문에, 가용성 인자(들)에 의해 일어날 수 있다는 것도 오랫동안 공지되어 있다 (Tio 등, 1990, Eur. J. Morphol. 28(2-4): 289-300). BCEC에서의 ACM-매개 장벽 유도의 측면을 모방할 수 있는 수개의 후보물질 분자들이 동정되어 왔으며, 이에는 TGF베타, GDNF, bFGF, IL-6 및 스테로이드가 포함된다. 다른 이들은 인자가 단백질 또는 펩티드가 아니며, 그것은 철-I 질산화물 부가물을 함유한다는 것을 밝혀내었다 (Federici 등, 1995, J. Neurochem. 64(3): 1008-1015, Regina 등, 2001, Biochim. Biophys. Acta 1540(3): 233-242). 따라서, 수개의 연구 그룹들의 노력에도 불구하고, 원인이 되는 아스트로사이트-유도 인자가 아직 동정되지 못했다고 결론지을 수 있다. 이전 실험들에서, 본인들은 ACM에 노출된 1차적 단리 BCEC이 배양물 내에서 많은 본질적 BBB 성질들을 보유한다는 것을 밝혀내었다(Gaillard 등, 2001, Eur J Pharm Sci. 12(3): 215-222). 세포 배양 웰의 기저에 1차적 배양된 뇌 아스트로사이트를 도입함으로써, 상기 필터 삽입부 상에 배양된 BCEC 단층에 걸친 내피통과 전기저항(TEER)을 ACM 단독에서 배양된 BCEC 단층의 약 150%까지 증가시켰다. 더욱이, 필터 삽입부의 기저면 상에, 따라서 BCEC에 아주 근접하여 아스트로사이트를 배양할 때, TEER은 인자 3 - 8의 곱으로 증가하였다. 게다가, 나트륨 플루오레신(FLU, 분자량 376 Da) 및 FITC-표지 덱스트란(FD4, 분자량 4 kDa)의 세포간 운송을 ACM 단독에서 배양된 BCEC의 약 50%로 감소하였다. 결론적으로, 아스트로사이트가 BCEC로부터 근접함은 그것으로 인해 BCEC와의 물리적 접촉이 생기지 않았을지라도, 효과의 중도(magnitude)를 결정하였다 (Gaillard 등, 2001, 이하 상기한 바와 동일함). TEER은 BCEC 간의 치밀 결합을 통한 작은 이온의 투과능을 정량하기 위한 감도높은 측정법이다. 이에 따라, TEER은 BBB의 주요 특징으로 간주되는 치밀 결합의 기능성을 나타낸다. TEER의 절대값은 주로 세포 간의 치밀 결합의 양 및 복합성에 의존한다. 마찬가지로, 이는 또한 크고 친수성인 화합물의 세포간 수송의 제한 인자이다. 부가적 연구들에서, 본 발명자들은 필터 삽입부의 기저면에서 배양된 아스트로사이트가: 1) 첫번째 통과 후 BCEC 상에 P-당단백질(Pgp, 다중약물 내성에 관여하는 약물 배출 펌프)의 발현을 유지(또는 (재)유도)하였고 (Gaillard 등, 2000, Pharm. Res. 17(10): 1198-1205); 2) 빈블라스틴 유도 BBB 파괴에 대한 감도를 감소시켰으며(Pgp 기능성 검정) (Gaillard 등, 2000, 이하 상기한 바와 동일함); 3) 기저측부(CNS)면으로부터 필터의 정점(혈액)면으로의 Pgp 기질의 활성 수송을 유도하였고, 다만 이는, Pgp가 BCEC 단층에서는 관찰되었음에도 불구하고, BCEC 단층에서는 관찰되지 않았으며 (Gaillard 등, 2000, 이하 상기한 바와 동일함), 4) LPS-유도의 BCEC 파괴에 대한 보호 반응을 매개하였다 (Gaillard, 2000a, Ph. D. Thesis, 레이덴 대학, p. 81-97)는 것을 발견하였다. 이 효과들은 모두 ACM 단독에 의해서는 유도되지 않았다. 명백히, 필터 삽입부의 기저면 상의 아스트로사이트의 물리적 및 근사적 존재는 ACM 단독에 비해, BCEC에서의 BBB 성질들을 유도함에 있어 우수하다. 이에 따라, BBB 성질들을 조절하거나, BBB 기능성의 초기 동적 염증 유도 변화에 대한 세포 반응 및 그러한 반응에 대한 조직 반응을 동정 및 조절하기 위한 수단을 제공하는 부가적 생성물, 방법 및 검정이 필요하다. 그러한 생성물, 방법 및 검정은 상기 언급한 것들과 같은, 수많은 의학적 조건 및 절차들에 이점을 제공할 것이다.