최근 연구들은 마이크로바이옴이 면역치료의 임상적 활성(임상 효과)을 조절할 수 있는 핵심 요인임을 강조해 왔다. 그러나 마이크로바이옴의 역할은 서로 다른 면역치료들에 따라 상당히 다르게 나타나며, 이는 각 유형의 면역치료에서 마이크로바이옴이 수행하는 정확한 기능을 이해하는 것이 중요함을 시사한다. 많은 선행 연구가 주로 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitors)에서 마이크로바이옴의 역할을 요약하는 데 집중해 온 반면, 본 연구는 이전 리뷰에서 드물게 다루어졌던 배경을 바탕으로 중간엽 줄기세포 치료(mesenchymal stem cell therapy), 키메라 항원 수용체 T 세포 치료(chimeric antigen receptor T cell therapy), 항체 기반 치료(예: adalimumab, infliximab, bevacizumab, denosumab 등)와 같은 다른 면역치료에서의 마이크로바이옴에 대한 새로운 측면을 탐색하고자 한다. 또한 마이크로바이옴 및 미생물 대사산물을 활용하여 면역치료의 임상 반응을 향상시키기 위한 혁신적인 전략들을 제시한다. 종합적으로, 본 원고는 연구자들에게 새로운 통찰과 혁신적인 접근을 제공하여, 마이크로바이옴을 활용한 차세대 맞춤형 치료 중재의 개발을 촉진할 수 있을 것으로 기대한다.

R.Br. (SPR)은 다양한 염증성 질환의 한방 치료제로 사용되어 왔으며, 항산화 및 항염증 작용과 같은 여러 생물학적 작용을 나타낸다. 그러나 SPR 및 그 생리활성 성분이 근육 위축에 미치는 영향에 대한 보고는 없다. 본 연구에서는 SPR과 SPR의 주요 성분인 로즈마린산(rosmarinic acid; RosA)이 C2C12 근관(myotubes)에서 덱사메타손(dexamethasone; DEX)으로 유도된 골격근 위축에 대해 항위축 효과를 보이는지 조사하였다. 근관은 24시간 동안 10 μM DEX를 SPR 또는 RosA 유무 및 서로 다른 농도로 처리하였고, 면역세포화학, western blot, ROS 및 ATP 수준의 측정을 수행하였다. SPR과 RosA는 DEX 처리된 C2C12 근관에서 세포 생존성을 증가시키고 단백질 분해를 억제하였다. 또한 RosA는 Akt/p70S6K/mTOR 경로를 촉진하고 ROS 생성 및 apoptosis를 감소시켰다. 더 나아가 RosA 처리는 DEX 처리된 근관에서 SOD 활성, 자가포식(autophagy) 활성, 미토콘드리아 함량 및 APT 수준을 유의하게 회복시켰다. 이러한 결과는 SPR 및 RosA가 DEX로 유도된 근육 위축에 대해 보호 효과를 제공할 수 있으며, 근력 저하 및 위축의 치료를 위한 영양보충(nutraceutical) 제제로서 유망한 잠재력을 지닌다는 것을 시사한다.

최근 연구들은 마이크로바이옴이 면역치료의 임상적 활성(임상 효과)을 조절할 수 있는 핵심 요인임을 강조해 왔다. 그러나 마이크로바이옴의 역할은 서로 다른 면역치료들에 따라 상당히 다르게 나타나며, 이는 각 유형의 면역치료에서 마이크로바이옴이 수행하는 정확한 기능을 이해하는 것이 중요함을 시사한다. 많은 선행 연구가 주로 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitors)에서 마이크로바이옴의 역할을 요약하는 데 집중해 온 반면, 본 연구는 이전 리뷰에서 드물게 다루어졌던 배경을 바탕으로 중간엽 줄기세포 치료(mesenchymal stem cell therapy), 키메라 항원 수용체 T 세포 치료(chimeric antigen receptor T cell therapy), 항체 기반 치료(예: adalimumab, infliximab, bevacizumab, denosumab 등)와 같은 다른 면역치료에서의 마이크로바이옴에 대한 새로운 측면을 탐색하고자 한다. 또한 마이크로바이옴 및 미생물 대사산물을 활용하여 면역치료의 임상 반응을 향상시키기 위한 혁신적인 전략들을 제시한다. 종합적으로, 본 원고는 연구자들에게 새로운 통찰과 혁신적인 접근을 제공하여, 마이크로바이옴을 활용한 차세대 맞춤형 치료 중재의 개발을 촉진할 수 있을 것으로 기대한다.

R.Br. (SPR)은 다양한 염증성 질환의 한방 치료제로 사용되어 왔으며, 항산화 및 항염증 작용과 같은 여러 생물학적 작용을 나타낸다. 그러나 SPR 및 그 생리활성 성분이 근육 위축에 미치는 영향에 대한 보고는 없다. 본 연구에서는 SPR과 SPR의 주요 성분인 로즈마린산(rosmarinic acid; RosA)이 C2C12 근관(myotubes)에서 덱사메타손(dexamethasone; DEX)으로 유도된 골격근 위축에 대해 항위축 효과를 보이는지 조사하였다. 근관은 24시간 동안 10 μM DEX를 SPR 또는 RosA 유무 및 서로 다른 농도로 처리하였고, 면역세포화학, western blot, ROS 및 ATP 수준의 측정을 수행하였다. SPR과 RosA는 DEX 처리된 C2C12 근관에서 세포 생존성을 증가시키고 단백질 분해를 억제하였다. 또한 RosA는 Akt/p70S6K/mTOR 경로를 촉진하고 ROS 생성 및 apoptosis를 감소시켰다. 더 나아가 RosA 처리는 DEX 처리된 근관에서 SOD 활성, 자가포식(autophagy) 활성, 미토콘드리아 함량 및 APT 수준을 유의하게 회복시켰다. 이러한 결과는 SPR 및 RosA가 DEX로 유도된 근육 위축에 대해 보호 효과를 제공할 수 있으며, 근력 저하 및 위축의 치료를 위한 영양보충(nutraceutical) 제제로서 유망한 잠재력을 지닌다는 것을 시사한다.

바이오활성 유도 분리는 Sinomenium acutum 근경(rhizome) 추출물로부터 원심 분배 크로마토그래피(centrifugal partition chromatography, CPC)를 사용하여 수행하였다. 이 추출물은 덱사메타손 유도 C2C12 근관(myotube) 위축 모델에서 유망한 예방 효과를 보인 바 있다. CPC는 이중 모드(상승 모드에서 하강 모드로)로 n-부탄올–아세토니트릴–물(10:2:8, v/v/v; 0.5% 트리에틸아민 함유) 용매계로 작동시켰으며, 높은 회수율(>99%)과 높은 분해능을 제공하였다. 이어서 얻어진 CPC 분획의 무게비에 따라, C2C12 근관에서 덱사메타손 유도 위축에 대한 얻어진 CPC 분획들의 예방 효과를 평가하였다. 활성 분획들은 반-준비용 HPLC로 추가 정제하여 다섯 가지 알칼로이드, 한 가지 리그난 글리코사이드, 그리고 한 가지 페닐프로파노이드 글리코사이드를 얻었다. 이들 중에서 1 nM의 농도에서 sinomenine, magnoflorine, 및 acutumine은 각각 9.3%, 13.8%, 및 11.3%의 개선 효과로 C2C12 근관에서 덱사메타손 유도 근관 위축을 완화할 수 있었다.

산화아연 나노입자(ZnO-NPs)는 널리 사용되고 있으나, 잠재적 인체 건강 영향에 대한 우려가 증가하고 있다. ZnO-NPs는 나노 크기로 인해 혈액-뇌 장벽(BBB)을 통과하고 뇌 기능에 영향을 줄 수 있음에도 불구하고, BBB의 주요 구성요소인 뇌 내피세포에서 ZnO-NPs가 야기할 수 있는 잠재적 위험은 대부분 알려져 있지 않다. 뇌 내피세포(bEnd.3 세포)에서 ZnO-NPs를 9시간 동안 노출하여 뇌 내피 기능 장애와 BBB 파괴를 평가하였다. ZnO-NPs는 리소좀에 침착되었고 bEnd.3 세포에서 페롭토시스를 촉진하였다. 증가된 산화적 스트레스는 ZnO-NPs 처리 bEnd.3 세포에서 리소좀 기능장애와 세포독성을 유발하였다. 또한 ZnO-NPs는 bEnd.3 세포에서 세포 내 철 과부하를 통해 조절이 비정상적인 자가포식 플럭스와 과도한 투과성을 유도하였다. 우리는 뇌 내피세포 기능에 대한 ZnO-NPs의 영향을 이해하기 위해 잠재적 유해결과경로(AOP)를 수립하였다. 본 연구는 뇌 내피와 BBB에 대한 ZnO-NPs의 잠재적 영향 및 독성을 규명하는 데 도움이 될 것이다.

배경: 골격근은 대사적 소비자로서 근섬유 유형 전환과 근육량 조절을 통해 전신 에너지 항상성을 결정한다. 골격근 대사의 교란은 대사장애를 포함한 다양한 질환의 위험을 높인다. 그러나 조절 경로와 분자는 아직 완전히 이해되지 않았다. 관련 원인 분자의 발견과 그에 연관된 네트워크 규명은 근육 문제와 관련된 질환을 극복하기 위한 매력적인 전략이 될 수 있다. 방법: 정량적 형질좌위 분석(quantitative trait locus, QTL) 기반의 초기 스크리닝을 통해 공복 혈당 함량과 연관된 잠재적 표적 유전자 집합을 추출하였으며, 여기에는 유비퀴틴-특이적 단백질분해효소21(ubiquitin-specific proteases21, USP21)(r = 0.738; P = 0.004)이 포함되었다. 근육에서 단백질의 유비퀴틴화 상태가 매우 엄격하게 조절된다는 점에 근거하여, 우리는 USP21에 주목하고 전신( KO ) 및 골격근 특이적 USP21 결손(MKO) 마우스를 생성하였다. USP21의 기능과 기저 기전을 이해하기 위해 전사체학(transcriptomics), 단백질체학(proteomics), 지질체학(lipidomics) 분석과 함께 다양한 생체 내 및 시험관 내 실험을 수행하였다. 60% 고지방식이(high-fat diet)를 급여한 마우스 모델과 당뇨 환자 유래 시료를 사용하여 골격근에서 USP21이 에너지 대사에 미치는 영향을 평가하였다. 결과: USP21은 사람과 마우스 모두의 골격근에서 높은 발현을 보였으며, 골격근의 산화 능력과 연료 소비를 조절하였다. USP21-KO 또는 USP21-MKO는 산화성 섬유 유형 변화를 유의하게 촉진(Δ36.6% 또는 Δ47.2%), 근육량 증가(Δ13.8%~Δ22.8%), 그리고 미토콘드리아 생합성, 지방산 산화 및 UCP2/3 유도를 통한 에너지 소모를 유의하게 증가시켰다(P < 0.05 또는 P < 0.01). 일관되게, 저온 노출은 마우스 골격근에서 USP21 발현을 억제하였으며(Δ55.3%), 반대로 USP21의 소실은 열발생을 증가시켰다(+1.37°C 또는 +0.84°C; P < 0.01). 기전적으로, USP21은 DNA-PKcs와 ACLY를 탈유비퀴틴화(deubiquitinated)하여 AMPK 억제를 유도하였다. 그 결과, USP21의 결손은 식이 유도 비만(WT 대 USP21-KO, Δ8.02 g, 17.1%, P < 0.01; 새끼-litter 대 USP21-MKO, Δ3.48 g, 7.7%, P < 0.05)과 인슐린 저항성을 감소시켰다. 이러한 결과는 골격근 특이적 유전자 KO 마우스 모델에서도 확인되었다. USP21은 당뇨 환자의 골격근에서 유도되었으며(1.94배), 이는 p-AMPK에 대해 상호적으로 변화하였다(0.30배). 결론: 본 연구의 결과는 골격근에서의 USP21이 전신 에너지 항상성에 어떻게 기여하는지를 설명하는 새로운 정보를 제공하며, USP21이 근섬유 유형 전환 조절, 근육량 조절, 미토콘드리아 기능, 그리고 열 생성에 있어 핵심 분자임을 보여준다. 따라서 이 분자와 그 하위 기질 네트워크가 근육 기능장애 및 그와 연관된 대사성 질환의 치료 및/또는 예방을 위한 표적이 될 가능성을 시사한다.