Two RNA-seq approaches reveal resident memory T cells hold the power to reverse liver fibrosis

간 섬유증 (liver fibrosis)는 비가역적 질환 중 하나로 알려져 있지만, 최근 이 질환이 치료될 수 있음을 한 연구에서 시사하였다. Nature Communications 학회지에 발표된 연구에 따르면, Koda et al.은 간 섬유증을 해결할 새로운 마우스 모델을 개발하고 그 특성을 분석하였다. 이 새로운 마우스 모델과 single-cell RNA-seq (scRNA-seq), bulk mRNA-seq 분석 결과를 통합하여 기능 분석을 진행하였으며, 이를 통해 특정 T 세포가 hepatic stellate cell을 유인하고 세포자멸사 (apoptosis)를 유도해 간 섬유증을 유발하는 주요 요인이 된 다는 것을 확인하였다.

Inflammation from NAFLD and NASH leads to liver fibrosis
비알코올성 지방간 질환 (non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)은 전 세계적으로 만성 간 질환의 주요 원인으로 꼽힌다. NAFLD는 간을 이루는 주요 세포인 hepatocyte에서 지방을 과도하게 축적하는 증상을 보인다. 이러한 지방증은 정도에 따라 단순 지방증부터 간엽 (lobe)에 염증이 생긴 상태인 비알코올성 지방간염 (non-alcoholic steatohepatitis, NASH)까지 다양한 상태로 분류할 수 있다. NAFLD 및 NASH 환자들은 간 섬유증이 진행되어 간 병변 (cirrhosis)나 간암으로 발전할 수 있다.

분자학적 측면에서 보면, NAFLD 및 NASH로 인한 반복적인 간세포의 파괴는 면역 세포가 침투하여 다양한 chemokine, cytokine을 방출하는 염증 환경을 조성한다. 이러한 chemokine과 cytokine은 hepatic stellate cell를 활성화 시켜 간 섬유화의 주요 요인이 된다 (참고 문헌: Mechanisms of hepatic stellate cell activation).

A new mouse model for liver fibrosis resolution: the RES model
간 섬유증을 회복시킬 수 있는 기전을 연구하기 위해, Koda et al.은 먼저 간 섬유증이 회복되는 것을 관찰할 수 있는 실험 모델이 필요했다. 따라서, 마우스에 지속적으로 고지방과 고콜레스테롤 식이 (high fat, high cholesterol diet, HFHC)를 급여하여 NASH를 유도 하였고, 24주 후에는 정상적 성분의 식이 (normal diet, ND)로 바꾸어 RES model을 제작했다. RES mice는 HFHC 식이 동안 명확한 간 섬유증 증상을 보였으나, 정상 식이로 전환한 8주 후에는 정상적인 상태로 회복되었다.


그림 1. ND, HFHC와 정상 식이로 전환한 8주 후의 RES 마우스의 간
Image adapted from Koda et al. 2021, Nat. Commun. under a CC BY 4.0 license.

Uncovering a mechanism for reversal of liver fibrosis using both single-cell and bulk mRNA-seq
Koda et al.은 ND (정상 식이)를 급여한 마우스보다 RES 마우스에서 CD8+ T 세포가 높게 발현하는 것을 관찰하였으며, 이를 통해 이 세포 집단이 간 섬유증을 회복시키는 데 역할을 할 수 있다는 가설을 세웠다. 따라서, ND, HFHC, RES 마우스를 scRNA-seq 분석하여 CD8+ 세포를 17개의 cluster로 그룹화하였고, 4개의 주요 CD8+ T 세포 하위 집단으로 분류하였다. 흥미롭게도, RES 마우스에서는 CD8+ T 세포의 특정 하위 집단에서 resident memory T 세포 (trm cell)가 다수 모여 있는 양상을 보였다.


그림 2. ND, HFHC, RES 마우스에서 추출한 liver CD8+ T 세포의 UMAP projection
The clusters within the trm subsets for each mouse model are outlined. Image adapted Koda et al. 2021, Nat. Commun. under a CC BY 4.0 license.

Trm 세포가 간 섬유증 회복에 어떻게 기여하는 지를 보다 통찰력 있게 분석하기 위해, Koda et al.은 SMART-Seq^® v4 Ultra^® Low Input RNA Kit for Sequencing를 이용해 ND, HFHC, RES 마우스의 CD8+ T 세포의 하위 집단에서 전사체를 비교 분석 하였다. Bulk mRNA-seq뿐 아니라 scRNA-seq 데이터를 함께 통합하여, HFHC와 RES 마우스 모두에서 trm 세포가 cytotoxic 및 chemotactic mediator를 upregulation한다는 것을 확인하였다. 그 중 특히 Ccl5는 높게 upregulation된 유전자로, 이 분비된 유전자와 반응하는 CCR5 receptor가 간 섬유증 상태의 hepatic stellate cell에서는 발현되지 않았지만, 간 섬유증에서 회복하는 과정에서 발현되었기 때문에 주요 타겟이 되었다. 전사체 분석 과정으로 확인된 것을 바탕으로, Koda et al.은 trm 세포가 CCR5에 의존하여 hepatic stellate cell을 특이적으로 유인하고 세포 사멸 (apoptosis)를 유도함으로써 간 섬유증을 회복시킨다는 연구를 수행하였다.

연구자들은 scRNA-seq이나 bulk RNA-seq 중 하나를 선택하는 것이 아닌 두 접근 방식을 모두 활용함으로써 어떤 세포 유형을 집중적으로 분석할 것인지를 알 수 있을 뿐 아니라, 전사체를 보다 더 깊은 수준으로 탐구할 수 있다. Koda et al.의 연구에서도 이러한 접근 방식을 통해 그간 치료할 수 없다고 알려져 있던 NAFLD, NASH 및 간 섬유증의 치료의 가능성을 열고 생물학적 기전 연구를 보다 발전시킬 수 있었다.

[원문] Two RNA-seq approaches reveal resident memory T cells hold the power to reverse liver fibrosis
[참고문헌]
- Koda, Y. et al. CD8+ tissue-resident memory T cells promote liver fibrosis resolution by inducing apoptosis of hepatic stellate cells. Nat Commun 12, 4474 (2021).
- Tsuchida, T., Friedman, S. Mechanisms of hepatic stellate cell activation. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 14, 397-411 (2017).