초록 ▼

□ 연구개요
만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 병태생리학적 기전/병인론이 뚜렷하게 밝혀지지 못한 질환으로, 아직까지 사망률 감소를 입증한 치료방법이 정립되어 있지 않음. 흡연은 COPD의 대표적인 위험인자. 폐기도 상피세포는 호흡기로 유입되는 외부물질 (병원체, 자극물 등)에 반응하는 1차 방어장벽이자, COPD 발병/악화에 관여하는 주요 작동세포임. COPD에서 보여지는 기도벽 구조변화, 만성염증은 주로 “소기도”에서 관찰됨. 소기도 구조변화 기전을 이해하고,

□ 연구개요
만성폐쇄성폐질환 (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD)은 병태생리학적 기전/병인론이 뚜렷하게 밝혀지지 못한 질환으로, 아직까지 사망률 감소를 입증한 치료방법이 정립되어 있지 않음. 흡연은 COPD의 대표적인 위험인자. 폐기도 상피세포는 호흡기로 유입되는 외부물질 (병원체, 자극물 등)에 반응하는 1차 방어장벽이자, COPD 발병/악화에 관여하는 주요 작동세포임. COPD에서 보여지는 기도벽 구조변화, 만성염증은 주로 “소기도”에서 관찰됨. 소기도 구조변화 기전을 이해하고, 이를 치료하는 치료제 개발이 시급함. 아직까지, “COPD 주병소인 폐 소기도 상피세포”를 이용한 그리고 (1) 정상인, (2) 흡연자이면서 COPD가 있는 환자군에서의 기저상태, 그리고 담배연기추출물 자극에 대한 세포내/외 단백질체 발현변화에 대한 비교/분석 연구는 전혀 없음. 신약 후보물질 발굴, 치료제로서의 효능평가, 임상적용 가능성 검증을 위하여 전임상 실험이 선행 되어야 함. 폐기종 동물모델의 폐조직/폐세척액 내 단백질체 변화와 환자유래 샘플의 단백질체를 비교/분석하는 것은 치료표적의 (1) 우선순위 결정 및 (2) 차이점을 파악하여 신약 후보물질의 효능 평가를 위한 in vivo, in vitro 시스템을 구축하는데 중요한 정보를 제공할 것으로 확신함. 본 연구의 목표는 [1] (1) 환자유래 소기도 상피세포 그리고 (2) 폐기종 동물모델 폐조직/폐세척액 단백질체 분석을 통하여 COPD 치료표적을 선정하고, [2] 치료표적의 기능을 평가하는데 있음.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표: [1차년도] 정상인, COPD 환자유래 소기도상피세포 Proteomics (Secretomics), [2차년도] 폐기종 동물모델 폐조직/폐세척액 Proteomics, [3차년도] 치료표적 재확인/기능평가.
연구결과: [1차년도] 정상인 (비흡연자, 폐기종이 없는) (n=22), 흡연자 (흡연자이면서 폐기종인 없는) (n=15), COPD 환자 (흡연자이면서 폐기종이 있는) (n=17) 기도상피세포 총 54 샘플수거. 형광염색을 수행하여 상피세포 검증 (cytokeratin 양성, CD31 음성, CD11b 음성). 세포 생존능에 영향을 주지 않는 최대 농도의 담배연기추출물 (cigarette smoke extracts, CSE)을 24시간 처치하고, 세포배양액 내로 분비된 단백질체 분석. iBAQ, LFQ 방법으로 differentially expressed peptide (DEPs) 확인. 정상인, COPD 환자 소기도상피세포 기저상태에서 81개의 DEPs 차이 확인. CSE 처치한 정상인, COPD 환자 소기도상피세포에서 64개 DEPs 차이 확인. Machine-learning 기반 분석을 통해 ferroptosis, protein processing in endoplasmic reticulum, glutathione metabolism 등 경로의 관련성 확인.
[2차년도] C57BL/6 생쥐에 CSE(100μL) 주 1회, 총 8회 주입으로 폐기종 유도. 폐조직과 폐세척액 사용 단백질체 분석. 정상 생쥐와 비교하여 폐기종이 유도된 생쥐 폐조직에서 26개 DEPs 차이 확인. 폐세척액에서 13개의 DEPs 차이 확인.
[3차년도] 생쥐 폐조직, 환자 폐조직, 환자 소기도상피세포에서 선정된 표적 GPATCH2, ENTPD2, Foxa1, shank2, VEGF-D 발현 평가. 폐기종이 유도된 생쥐 폐조직과 COPD 환자 폐조직에서 공통적으로 GPATCH2, ENTPD2, VEGF-D 발현이 현저히 증가. IHC결과 GPATCH2, ENTPD2는 상피세포에서 발현증가, VEGF-D는 면역세포(대식세포)에서 발현증가가 관찰됨. COPD 환자 소기도상피세포에서는 유의미한 결과를 얻지 못하였음. 폐상피세포주 BEAS-2B 세포에 CSE를 농도별로 처치. CSE 저농도 처치군에서 GPATCH2, ENTPD2, shank2 발현이 증가하였고, CSE 고농도 처치군에서 발현이 감소하였음. Foxa1의 경우 CSE 농도 의존적으로 발현이 감소하였음. 폐상피세포에서 VEGF-D 발현은 감지되지 않았음. GPATCH2의 기능을 평가하고자 BEAS-2B 세포에 control vector, GPATCH2 과발현 vector, control siRNA, GPATCH2 siRNA를 주입하고, 주입 48시간에 CSE를 처치. CSE 처치로 유도된 세포사멸 (세포자연사), 염증매개싸이토카인 (IL-8, IL-6) 생성/분비, 자가포식 활성화, 세포노화를 평가하였음. GPATCH2 발현이 증가하면 CSE 처치로 유도된 세포사멸 (세포자연사), 염증매개싸이토카인 생성/분비, 세포노화 마커 발현이 억제되었음. 반면, GPATCH2 발현 감소는 CSE 처치로 유도된 세포사멸 (세포자연사), 염증매개싸이토카인 생성/분비, 세포 노화 마커 발현을 현저히 증가시켰음. GPATCH2 발현은 자가포식 활성에는 영향이 없었음. ENTPD2 발현증가는 GPATCH2와 마찬가지로 CSE 처치로 유도된 세포사멸을 억제시켰고, 자가포식 활성에는 영향이 없었음. Foxa1 발현감소는 CSE 처치로 유도된 세포사멸에는 영향이 없었으나, 염증매개싸이토카인 생성을 현저히 증가시켰음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- COPD biomarker로서 활용: 본 연구 성과를 토대로 임상연구를 추가로 계획하여 GPATCH2 포함 선정된 단백질체와 COPD의 중증도 및 예후와 관련성 여부를 평가하고 임상적으로 유의미한 결과를 얻을 경우 질환의 중요한 바이오마커로서 활용할 수 있음.
- 아직 획기적인 치료법이 없는 COPD 연구에서 GPATCH2 작용을 증진시킬 수 있는 치료제 개발의 중요한 기본 근거자료로 활용이 가능.
- 기술적 측면: 2편 이상의 SCI 논문, 후속 연구로 이어질 수 있는 기본 자료 확보.
- 경제적·산업적 측면: 관련분야 연구 인력 양성, 40세 이상 인구의 15% 정도를 차지하고 있는 COPD 환자의 증상, 삶의 질 나아가 생존 향상에 기여함으로써 사회경제적인 이득을 높임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 국내·외 연구 현황 ... 4
• 1.2. 본 연구개발의 필요성 ... 5
• 1.3. 본 연구개발의 최종목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 1차년도 : 정상인, COPD 환자유래 소기도 상피세포 Proteomics (Secretomics) ... 5
• 2.2. 2차년도 : 폐기종 동물모델 [폐조직/폐세척액] Proteomics ... 6
• 2.3. 3차년도 : 치료표적 재확인, 기능평가 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 3.1. 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 6
• 3.2. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3.3. 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 끝페이지 ... 15