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1 소아과 : 제 4 4 권제 3 호 년 의학강좌 식품알레르기의동물모델확립과이의활용 아주대학교의과대학소아과학교실 이수영 Development of Animal Model of Food Allergy and Its Application Soo Young Lee, M.D. Department of Pediatrics, School of M edicine, Aju University, Suwon, Korea 서론식품알레르기 ( 이하 food allergy) 는식품단백에대한 IgE 매개성혹은 non-ige 매개성과민반응에의하며, 소화기뿐아니라피부, 호흡기, 심혈관계등의표적장기에다양한증상을나타내는비교적흔한알레르기질환이다. 임상적으로는위장관계알레르기, 아토피피부염, 두드러기, 기관지천식등이유발될수있으며, 심한경우에는아나필락시숔을초래하기도한다. 발생빈도는 3세이하의소아에서는약 8%, 성인의경우는 2% 내외로보고되고있으며, 따라서특히소아연령에서빈발하는알레르기질환이다. 한사람이일생동안섭취하는식품의양은약 2-3 톤에달하고매우다양한종류의식품에노출되지만, 인간의위장관면역계는대부분의식이단백에대하여는면역관용이일어나도록진화되어왔으며, 극히제한된종류의식품에대하여, 아토피경향이있는사람에서식이단백에대한감작이일어나고궁극적으로알레르기증상이유발된다. 기타의의학연구에서도마찬가지이지만, 알레르기질환의면역병인 (immunopathogenesis) 이나면역관용 (immune tolerance) 의유도및이의기전을규명하기위한연구들을시행함에있어서침습적인방법과잘선정된양성및음성대조군의설정이필수적인점을고려한다면, 인체를대상으로하는연구는실제적, 윤리적으로절대적인한계점이있다. 이를극복하기위하여외국에서는오래전부터동물모델을이용한알레르기질환 ( 특히천식 ) 의연구가활발하였으며, 알레르기질환의면역학적기전과분자생물학적변화를이해하고, 면역조절치료나약물치료제등의개발에도많은도움을주고있다. 이에본문에서는주로 IgE 매개형 food allergy 에대한현재까지보고된동물모델들중 mouse 와 rat model 을중심으로약술하여보고자하며, 필자등이확립한 peanut allergy 의 mouse model 과이를이용한면역관용유도에대한연구결과를간단히소개해보고자한다. 위장관면역계와 Food Allergy 사람의경우출생후수시간이면, 신생아의위장관계의점막상피세포와 gut-associated lymphoid tissue(galt) 는세균이나식품단백에노출되게되며, 장내의면역계는병원체에대하여는면역반응을작동하고, 영양소는흡수하며, 나머지다량의섭취된단백에대하여는면역관용이유도된다 (Fig. 1). 이러한정상장내면역계를유지하기위하여는다양한종류의 gut barrier 가존재하는데, 신생아나영아의경우위액의산도저하, 점막상피의미숙, 단백소화효소의부족, 분비형 IgA의부족등의다양한 gut barrier 의미숙으로인하여 GALT로의식품항원노출이증가되므로, 유전적소인을타고난영아의경우식품항원은 IgE 매개성혹은 non-ige 매개성면역반응을자극하게된다. Gut barrier 가성숙된후에도약 2% 의식이단백은완벽한항원성을유지한상태로흡수되지만, 대부분의사람은이미면역관용이유도되어있으므로문제가되지않으며, 단지감작된개체에서는극소량의식품항원에 340

2 소아과 : 제 44 권제 3 호 2001 년 341 의하여도과민반응이유발된다. 이와같이식품알레르 기의발생여부는개별식품항원에대한면역관용이 성공적으로확립되었는지여부에기인하며, 일단감 작된환자의경우면역관용이성공적으로유도된다면 food allergy 의치료가가능할수있다. 정상적으로는 GALT 에서의주된면역반응은억제 (suppression) 혹은관용 (tolerance) 이며, 이러한장점 막면역계가어떤기전에의하여식이단백에대한관용 을획득하는지는명확히밝혀지지않았다. 초기의연구 에의하면 Peyer' s patch 를덮고있는특수상피세포 인 M cells 이장점막의주된항원 sampling 기능을 한다고알려졌으나, 최근에는장점막상피 (enterocytes, intestinal epithelial cells, IECs) 가 antigen presenting cell(apc) 의기능을하고면역억제를유도 하는데기여한다고알려져있다. 즉 non-professional APC 인 IECs 는 MHC class II molecule 을표현하며, soluble protein 을 sampling 한후주변의 CD8+ suppressor cell 을선택적으로활성화시키며, 이에반하 여 bacteria, parasite, 및 particulated antigens 은 M cells 에의하여 sampling 되어 IgA 등의항체를생성 하는면역활성을유도한다. Mouse model 이나사람에 서면역관용을연구한보고들에의하면 T cell 면역관 용에비하여 B cell 관용을유발하려면많은양의항원 이요구되며, Th1-type cell 이 Th2-type cell 에비하 여더욱용이하게면역관용이유도된다고하며, 동일 개체에서동일항원에대하여 T-cell 면역관용과 B Fig. 1. The organization of gut-associated lymphoid tissue into three major compartments : Peyer' s patches, intraepithelial lymphocytes, and lamina propria lymphocytes, with indications of lymphocyte migration(adopted from Elson, Co., The immunology of inflammatory bowel disease. In : inflammatory bowel disease. Philadelphia, Lea & Febiger, 1988). cell 면역활성이동시에나타남을보고한경우도있어면역관용의기전을획일적으로간단히설명하기는어렵다. Food allergy 연구를위한동물모델확립의개요 PubMed search 를통한 food allergy 의동물모델에대한 년현재까지의검색건수는 70 여건에달하는데, 이중 80% 가량이 mouse 와 rat를이용한연구이며, 특히 mouse model 은 1996 년이후에급격히증가하였고, 주로 food allergy 의면역병인연구에많은공헌을하였다 (PubMed Mediline Query, 검색단어 food allergy and animal model ). Mouse와 rat 외에도 guinea pig, dog, cat, rabbit 등도 food allergy 의임상및기전을연구하는동물모델로이용되어왔으나최근에는그이용도가감소추세에있다. Gut hypersensitivity 에대한연구는이미 1980 년대초부터활발하였는데, 능동감작 (active sensitization) 과수동감작 (passive sensitization) 에대한 in vivo 및 in vitro 연구가진행되었고, 주로이용된항원은 betalactolgobulin( 이하 BLG) 과 ovalbumin( 이하 OVA) 이다. 초기의동물실험에서는항원특이 IgG 항체 ( 사람의 IgG4, rat의 IgG2a, guinea pig의 IgG1) 도 mast cell 표면에부착되어활성화시킬수있으므로 food allergy model에서 IgE의생성유도가필수적으로요구되지는않았으나, OVA를이용한 rat model 에서 passive cutaneous anaphylaxis( 이하 PCA) 반응과생리반응이항원특이 IgE의생성정도와비례한다는연구가있은후 IgE 생성을유도하는동물모델을확립하려는시도가활발해졌다 년대초반이전의연구들은주로 rat, guinea pig에서식품항원특이 -IgE, IgG, 및 IgA 항체의생성유도에관한연구와항원유발시험에의한생체반응, 항원운반, 장점막의분비능및투과성, 장운동, 조직학적변화등에초점을둔연구들이며, 1990 년대후반부터는주로 rat과 mouse model 을이용한본격적인면역병리에대한연구가시작되었다 (PubMed 검색자료 ). Food allergy의연구에있어서 mouse model의개발이활성화된이유는 mouse 조직이나세포및이와관련한면역물질의개발이급속히발전하고있어시약이나 kit의구입이용이로우며, 사육과희생시조작이

3 342 이수영 : 식품알레르기의동물모델확립과이의활용 쉬워다량의동물을여러군으로나누어실험하기에 적절하다는것이다. 더욱이다양한 transgenic mice (cytokine knockout mice, IgE deficient mice, enzyme deficient mice 등 ) 의획득에힘입어면역및 분자생물학적연구에박차를가하고있다는점이다. 그 러나사람의 food allergy 와유사한만족할만한 mouse model 의확립에는아직도많은어려움이있는 데, 가장중요한방해요소는경구투여된항원에대한 타고난면역관용경향이있다는것이다. 이러한경구 면역관용은 mouse 의 strain, 식이단백에처음노출된 시기, 투여된항원의종류와양, 그리고항원과함께사 용된 adjuvants 에의하여강력히영향을받으므로이 러한요소들을적절히선택하여감작방법, 유발시험방 법, 생체반응, 항체면역반응, 세포면역반응, 조직반 응등이사람의 food allergy 와유사한동물모델을만 들려는노력들이이루어지고있다. 앞서언급한바와같이 food allergy 의동물모델확 립은여러가지어려운점을지니고있는데, 특히이중 에서도항원의종류에따라면역반응이차이가있고, mouse model 의확립에있어서경구투여항원에대한 면역관용이잘일어난다는점이다. 현재까지보고된비 교적완전한 food allergy 의동물모델로는 brown Norway rat( 이하 BN rat) 을이용한 OVA model 이 있고, mouse model 의경우는아직도연구의시작단계 에있는데, 특히보완하여야할점은과거의 mouse model 들은경구감작과경구유발시험을통한모델이 아니라는점이다. 따라서 food allergy 의 mouse model 을구축하기위하여는과거의모델들과차별되는몇가 지고려할사항들이있는데, 1) 경구감작및경구유 발시험을시행할필요가있으며, 2) 가능하다면면역강 화제를사용하지않고감작시킬필요가있으며, 3) 5-6 주간의감작을마친후, 항원에의재노출없이 T-cell 과 B-cell 매개면역반응의장기지속여부를 관찰할필요가있다는점이다. Food allergy 의동물모델소개 1. 우유알레르기의 Dog, Guinea Pig 및 Rat M odel 비교적초기의모델인 guinea pig model 은 cow' s milk allergy(cma) 의연구에아직도유용하다고평가 되고는있지만, 실험의유지가경제적으로어렵고면역 물질에대한시약의개발이미흡하며, PCA 반응을시행하기곤란한것등의제한점이있다. 그러나 1995 년이후에도 guinea pig를이용한 food allergy 연구가간헐적으로이루어지고있는데주로우유단백의항원성연구와 gut barrier 에관한연구들이며항원에감작된동물의장조직에대한 in vitro 실험도있다. 한편 dog model 을이용한 BLG의항원성에관한연구가있는데, 이경우는큰동물의장점을살려항원유발시험시직접내시경을시행하여장점막의변화를관찰하였으며, thioredoxin 처리에의한 BLG-환원물의알레르기항원성감소정도를유발시험을통하여검증하였고, 알레르기피부시험도시행하였다. 식이단백에대한항체반응, 특히 IgE 항체생성이용이로운 strain 의하나인 BN rat은 food allergy 연구의좋은동물모델로인정되고있다. Atkinson 과 Miller 는사람의경우와유사한우유단백의주알레르겐에대한레아진항체 (IgG 와 IgE) 를생성하는 CMA model 을제시하였는데, semi-skimmed milk(0.5mg/ mouse) 를 day 0과 day 7에 adjuvant 와함께복강내주사하여감작시킨경우이다. 따라서경구감작에의한연구가아니며, IgG 항체의역할이강조되었다는제한점이있다. 2. 우유알레르기의 M ouse M odel Mouse model 은 asthma 를비롯한여러알레르기질환의연구에많이이용되어왔지만, CMA에대한유용한모델은거의없는실정이다. 이는앞서언급한바와같이 mouse 의타고난경구면역관용경향때문이며, strain 이나동물의나이, 항원의양과종류, adjuvant 선택등연구조건의확립에영향을주는다양한요소가많기때문이다. 그러나최근사람의 CMA 와유사한감작방법과임상증상및면역반응을보여주는 CMA의 mouse model들이보고되었기에소개하고자한다. 그하나는 1997 년 Ito 등이보고한 casein( 이하 CN) 에대한 mouse model 로, adjuvant 없이항원경구투여에의하여감작에성공한경우이다. 이들은 6주된 DBA/2, Balb/c 그리고 B10 mice를이용하여 63일간매일항원을식수에섞어투여한 CN 식이군 (25% 의 CN 용액 ) 과 OVA 식이군 (25% OVA 용액 ) 으로나누어연구하였다. 이들의연구에의하면 DBA/ 2 mouse 의경우 CN 식이군에서는 CN-특이 IgE 항체가 10 마

4 소아과 : 제 44 권제 3 호 2001 년 343 리중 7마리에서 CN 식이 7일째부터측정되었고 28일째에는 10 마리모두에서양성이었다. 반면에 OVA 식이군에서는 OVA-특이 IgE 및 CN-특이 IgE가전실험기간을통하여음성이었다. 한편 Balb/ c와 B10A mouse 를이용한동일한실험에의하여는 OVA 뿐아니라 CN에의하여도항원특이 IgE가생성되지않음을알수있었는데, 이러한결과로미루어보아경구항원감작은투여된항원의종류와 mouse 의 strain 에따라많은영향을받음을알수있다. 따라서한종류의식품항원에대한 mouse model 을확립하기위하여는최적의조건을발견하기위한광범위한실험계획이필요함을짐작할수있다. 또한 Ito 등은 CN 식이군의경우혈청내항원특이 IgE의증가와함께 IELs에서의 α β-tcr 의발현이증가하였고각조직으로부터얻은세포의 RT-PCR, 및세포배양액검사결과 Th2-type cytokine 의우세가동반됨을확인하였다. 상기와같은일련의결과들은 Ito 등의모델이사람의 IgE-매개성 CMA에서관찰되는항원특이 IgE의생성및 Th2-type cytokine 의우세와유사한면역반응을보이는모델임을시사하며, 특히사람의경우와동일한감작경로를사용한모델이라는점에서가치가있다. 한편 1999 년 Li 등은 C3H/HeJ mouse 를이용한 CMA 모델을보고하였는데, 이경우는 Ito 등의 DBA/2 system 과몇가지차이점이있다. 즉 3주된어린동물을사용하였고, 항원감작의방법에있어서수주간매일항원을식이한것이아니고첫 3일간연속으로경구감작시킨후 1주간격으로 6주간경구투여를하였고, CN이나 OVA와같은정제된단백이아닌 homogenized milk를 adjuvant(non-toxic cholera toxin, 이하 CT) 와함께직접 gavage feeding 하였다는점이다. 흥미로운점은 Li 등의모델에서는실험시작 6주째경구유발시험을시행하여 systemic anaphylaxis score( 이하증상점수 ) 를이용하여반응의중증도를관찰하였다는점이며, 감작기간동안매주혈청을채취하여항원특이 IgE와 IgG1(Th2-dependent), 및 IgG2a (Th1-dependent) 를측정하여항체반응의역학을관찰하였고, 경구유발시험직후동물을희생하여항원자극에의한 spleen cell 의 proliferation 증가및 Th2-type cytokine 의생성증가를확인하였다. 또한이모델에서는적절한감작항원의양을확인하기위하여 very low dose(0.01mg/g mouse), low dose (0.1mg/g mouse), medium dose(1 mg/g mouse), 및 high dose(2mg/g mouse) 의다양한양의항원을경구 투여하였는데, 결과적으로 medium dose 경구투여가 항원특이 IgE 항체반응을가장잘유도하였으며 (Fig. 2), 증상점수도의의있게높음을알수있었고이러한 반응은조직및혈장내 mast cell 의탈과립과 histamine 유리정도와비례함을확인하였다. 따라서 Li 등의모델은 adjuvant(ct) 를사용하였다는약점이있 지만사람이섭취하는우유를직접식이하여감작시킬 수있었다는점과임상증상을비교관찰할수있었다 는점에서사람의병리와임상을닮은비교적완전한 CMA 의동물모델이라고생각할수있겠다. 3. 난알부민알레르기의 Brown Norway Rat M odel Brown Norway rat(bn rat) 은 T cell 의조절하에 다량의면역글로불린을생산하는 strain 으로서특히 IgE 항체의생성이용이롭다고알려져있는데, 이는알 레르기질환을지닌사람에서항원에대한 IgE 생성이 증가된경향이있는아토피소인을지닌것과흡사하 다 년 Knippels 등은 OVA 의 enteral model 을소 개하였는데, 이는 adjuvant 를사용하지않음과동시에, OVA 를경구투여하여감작에성공한완전한모델이 다. 즉생후 4-6 주의 BN rat 을이용하여 OVA 를횟수 를달리하여 gavage feeding(6 주간매일 1 회, 주 2 회, 주 1 회및 2 주에 1 회 ) 하는방법과다양한농도의 OVA 용액 ( mg/mL 농도 ) 을 6 주간연속투여하는방 Fig. 2. Serum levels of cow' s milk(cm)-specific IgE. Sera from different groups of mice(n=5) as indicated were obtained weekly after CM and cholera toxin(ct) sensitization. CM-specific IgE levels in pooled sera from each group were determined by ELISA. Values are expressed as means±sem. *P< 0.01 versus #(adopted from ref. 10).

5 344 이수영 : 식품알레르기의동물모델확립과이의활용 법을비교하였고, 알레르기면역반응은혈청내항원 특이 IgE 와 IgG 의측정, PCA 검사및 delayed type hypersensitivity( 이하 DTH) 검사를통하여확인하였 다. 결과적으로 OVA 를식수에타서연속마시게한 경우는항원특이 IgG 의생성과 DTH 는유도할수있 었으나 IgE 는생성되지않음을알수있었고, 6 주간매 일 gavage 투여한경우에는항원특이 IgE, IgG 의생 성및항원특이 DTH 반응이유도됨을알수있었 다 (Fig. 3, Table 1). 또한항원특이 IgE 항체는 OVA 투여 28 일에 100% 의실험동물에서관찰할수있었 으며, IgE 항체유무와 PCA 반응유무가일치함을관 찰하였다. 따라서이들은 adjuvant 를사용하지않고매 일 OVA(1mg/rat) 를경구투여함으로서성공적인 food allergy 모델을확립하였다. 4. C3H/HeJ mouse 를이용한땅콩알레르기의동물모델확립 땅콩알레르기 (Peanut allergy, PNA) 는우리나라에 서는아직그발생빈도가낮지만, 미국이나유럽에서는 사망에까지이르는매우심한임상증상을나타내는 food allergy 로서, 소아는물론성인에서도증상이지 속되는중요한 food allergy 로서그중요성이강조되고 있다. 최근미국과유럽에서는 PNA 의병인과치료에 대한임상및실험실연구가증가하고있으나, 기타의 food allergy 와는달리 PNA 에대한동물모델개발 은전무한실정이다. 이러한배경으로필자가연수한 미국의 Mount Sinai Medical Center 의 Jaffe Food Allergy Institute 에서는 PNA 의동물모델개발에박 차를가하였고, 2000 년필자가공동연구한 PNA 모델 이확립되었고, 이는비교적완벽한 food allergy 의모 델로서현재면역관용유도를위한연구에사용되고 있다. 이모델에서는 5 주된 C3H/HeJ mice 를사용하 였으며, 미국에서가장흔히시판되는땅콩 (peanut, PN) 을갈아서경구면역강화제인 Cholera toxin (CT) 과함께 gavage feeding 에의하여감작시켰다. 즉 low dose(5mg/mouse)+ct, high dose(25mg/ mouse)+ct, CT 단독, 및 Naive 군으로나누어실험 하였고, PN 을 day 0, 1, 2 에연속 3 일간경구감작시 Table 1. Comparison Between ELISA and PCA Results of Representative Sera(2log IgG and IgE/reaginic Antibody Titers in Sera from Ovalbumin Sensitized Rats) Serum sample IgG IgE PCA A B C D E F G H I J K (adopted from ref. 11) Table 2. Allergic Symptom Score Score Clinical symptoms Fig. 3. Ovalbumin(OVA) specific IgG and IgE titers upon daily intra-gastric dosing of young brown Norway rats with OVA(1mg/rat) for 28 days or 42 days. The data are presented as mean 2log Ig titer±sd of 7(day 28) or 8(day 42) rats per group. The number of animals developing an IgG or IgE response at the respective time-points are indicated in the bars(adopted from ref. 11). 0 no symptom 1 scratching and rubbing around the nose, ear and head 2 puffiness around the eyes and mouth, pilar erecti, reduced activity, and/or increased espiratory rate 3 wheesing, labored respiration, cyanosis around the mouth and tail 4 no activity after prodding, or tremor and convulsion 5 death (modified from ref. 10 & 13)

6 소아과 : 제 44 권제 3 호 2001 년 345 킨후 day 7과 21 에추가경구투여하였으며, 실험 5주째경구유발시험을시행하여 Table 2와같은방법에의하여알레르기증상점수를비교하였다. 결과적으로 low dose PN의경구투여에의하여사람의 PNA와유사한증상과, mast cell degranulation, histamine release, Th2-type 세포면역반응을보이는 IgE-매개형 PNA의 mouse model이확립되었다 (Fig. 4). 추가적으로본 PNA 모델에서는 PNA mouse 와 PNA를앓고있는환자의혈청을이용하여땅콩의주알레르겐인 Ara h2의 isomers 에대한 immunoblot 과 epitope mapping을시행하여사람과 mouse에서의항체특이성을비교하여본결과 8개의 ara h2 isomers 가공히사람과 mouse 의혈청을이용한 IgE immunoblot 상에서동일한항원항체결합을보임을알수있었다 (Fig. 5). 또한 Ara h2 protein 의 amino acid sequence 를지니는 73개의 synthetic overlapping peptides 를이용하여 IgE-binding epitope mapping 을시행한결과이미사람에서알려져있는 11개의 IgE-binding epitopes 중 9개가 mouse 의 IgE-binding epitopes 과동일함을확인할수있었다. 따라서이 model 은사람의땅콩알레르기와유사한 IgE의반응을보이는, 경구감작및경부유발시험에의하여임상증상이유발된좋은 food allergy 모델이라고할수있다. 한편필자는우리나라에서시판되는땅콩을이용하여 crude PN extract 를제조하였고이를이용하여대 한바이오링크로부터구입한 C3H/HeJ mouse 를이용 하여 PNA 의동물모델을구축하여보았다. 필자는이 연구를통하여미국에서시판되는땅콩과미국의 Jackson Lab. 으로부터직접구입한 C3H/HeJ mouse 를이용하여확립한 PNA 의 mouse model 이우리나라 환경에서재현되는지를알고자하였으며, 경구감작뿐 아니라복강내주사를통한감작을함께시행함으로서 감작경로가다는경우반응의차이를동시에알아보고 자하였다. 그러나필자의연구에서는실험제 3 주에 Fig. 5. Comparison of mouse and human IgE binding to Ara h2 isomers. IgE western blots were done with pooled sera from 5 peanut allergic children(a) and 13 peanut allergic mice(b)(adopted from ref. 13). Fig. 4. Levels of peanut-specific IgE. Sera from different groups of mice(n=8-16) were obtained weekly after initial peanut sensitization. Peanut-specific IgE levels were determined by using ELISA. Data are given as means±sem of 3-4 separated experiments CT; cholera toxin(adopted from ref. 13). Fig. 6. Splenocyte proliferative responses to peanut (PN) extract. Triplicate cultures of pooled spleen cells from each group of mice(n=2) were stimulated with PN antigen(50μg/ml) or media. Three days later, the cultures received an 18-hour pulse of 1 uci per well of tritiated thymidine. The cells were harvested, and the incorporated radioactivity was counted. The results are expressed as the ratios of media only versus PN stimulation(si index). Groups : G1 : PN 1mg/mouse+CT intragastric; G2 : PN 5mg/ mouse+ct intragastric; G3 : PN 1mg/mouse+alum, intraperitoneal; G4 : naive(sy Lee, unpublished data).

7 346 이수영 : 식품알레르기의동물모델확립과이의활용 double dose 를주지않았고, whole ground grain 을 투여한것이아니고 whole grains 을탈지화한후조 항원을만들어감작시켰다는점이미국에서시행한연 구와의차이점이었다. 흥미롭게도이경우에는경구감 작에의한항원특이 IgE 의반응이제 3 주까지는증 가하였다가 5 주째에둔화되는것을관찰하였고, 복강 주사에의하여는항원특이 IgE 의증가가제 1 주에최 고조에달하였다가, 급속히둔화됨을관찰할수있었는 데, 이러한 B-cell 의 IgE 생성반응의차이점들은 IgE- 매개성 food allergy 환자에서의자연적인면역관 용및인위적인면역관용의유도등에관한연구를시 행하는데도움이되는이론적근거라할수있다. IgE 반응과는달리필자의연구에서도 IgG1, IgG2a 의생 성, 항원자극에의한 T-cell proliferation 및 cytokine production 은동일한결과를얻었는데, 특히주목할만 한결과는경구감작군과복강내감작군에서 T-cell Fig. 7. IL-4 production in 72 hour culture supernatant of splenocyte with response to peanut(pn) extract. Triplicate cultures of pooled spleen cells from each group of mice(n=2) were stimulated with PN(50μg/mL), con A(2μg/mL), or media. IL-4 was measured by ELISA, and the results are expressed as means±sem of absolute levels of IL-4. Groups : G1 : PN 1mg/mouse+CT intragastric; G2 : PN 5mg/ mouse+ct intragastric; G3 : PN 1mg/mouse+alum, intraperitoneal; G4 : naive(sy Lee, unpublished data). proliferation 은유사한정도였으나항원자극에의한 T-cell 의 IL-4 생성능은경구감작군에서보다높음을알수있었다 (Fig. 6, 7). 이러한상이점을감안하여볼때연구의목적에따라감작의경로와감작에사용할항원, 및감작횟수등을조절함으로서다양한각도의연구가진행될수있으리라기대된다. Food Allergy 동물모델의활용이와같이확립된 PNA 모델을이용하여필자등은 antigen presenting cell로부터분비되는강력한 IFNγ의유도물질로알려진 IL-12 의 PNA 예방효과와치료효과를알아보기위한연구를시행하였다. 즉땅콩의조항원을경구감작시키는과정에서 recombinant mouse IL-12(rmIL-12) 를감작초기및중기 ( 감작 3 주후 ) 에경구투여 (500ng/dose 씩, liposome 과 conjugation 하여 gavage 투여 ) 함으로서 IgE-매개성 PNA 가예방및치료되는지여부를관찰하고자하였다. 결과적으로본 PNA 모델에서는 rmil-12 경구투여에의하여항원특이 IgE 생성및제 5주경구유발시험시증상의감소를관찰할수있었고, 전반적인 IL-12 의면역조절효과는 Table 3에요약된바와같다. 특히항원특이 IgE의생성과알레르기증상점수가 3주째투여를시작한군에서도 sham 치료군에비하여유의하게낮아짐을관찰할수있었으므로, 예방효과는물론치료적효과도기대할수있음을시사하였다 (Fig. 8, Table 3). 필자등의연구외에도앞서언급한몇몇 food allergy 의모델들을이용하여 food allergy 의치료법개발이나면역관용유도법개발을위한연구들이진행된바있는데, Ito 등은그들이개발한 DBA를이용한 Cow' s milk allergy model 을이용하여 heat-killed Lactobacillus plantarum L-137 이알레르기면역반응 Table 3. Preventive and Reversal Effects of rmil-12 on Peanut Allergy Parameters Preventive effect Therapeutic effect Allergy symptom score after W5 challenge markedly decreased decreased Serum peanut specific IgE at week 5 markedly decreased decreased Peanut specific IgG1 vs. IgG2a ratios markedly decreased decreased Plasma histamine after W5 challenge decreased decreased Peanut stimulated T cell proliferation unchanged unchanged Peanut stimulated T cell INF-g production markedly increased increased (modified from ref. 14)

8 소아과 : 제 44 권제 3 호 2001 년 347 Fig. 8. Levels of peanut(pn)-specific serum IgE. Sera from different groups of mice were obtained biweekly following initial PN-sensitization and one day before PN-challenge. PN-specific IgE levels were determined by ELISAs. Data are given as mean±sem. **, P< 0.01 versus Sham; ***, P< versus Sham(adopted from ref. 14). 을하향조절함을보고하였다. 즉 L. plantarum L-137 이 in vivo 에서 IL-12 의생성을증가시키고, 이에의하 여 IFN-γ 의생성이강력히유도되며, 항원특이 IgE 의 생성이저하됨을알수있었고, 이러한면역조절효과 는예방및치료적측면모두에서유효하다고보고하였 다. 또한 Roy 등은 AKR/J mice 에서땅콩의조항원을 CT 와함께경구투여하고동시에복강내감작 (adjuvant 사용 ) 을병행한 PNA model 을확립한후 이를이용하여 Chitosan-DNA naonparticle 과함께투 여된 plasmid- Ara h 2 에의하여 PNA 가예방될수 있음을보고하였다. 이와같이일단어떤항원에대한완벽한 food allergy 의모델이확립되면, 이모델을이용하여면역조 절제의작용기전, 해당항원의처리에의한저알레르기 항원성획득여부, 다른항원들과의교차항원성여부 등에관한추가적인연구를시행할수있으며, 이러한 일련의연구들이사람의 food allergy 의병인규명과 면역반응의차단혹은면역관용획득방법의개발에 도움을줄수있다고여겨진다. 결 이상에서와같이본글에서는 food allergy 연구를 위한동물모델의개발배경과최근에확립된몇몇유용 한동물모델들을소개해보았다. 이러한동물모델들 은대부분사람에서와동일한감작경로 ( 경구감작 ) 을 론 이용한항원의감작을유도하고자노력하였고, 항원특 이 IgE 항체의생성, PCA 반응의양성, 장점막투과성 의증가, mast cell 의 degranulation 과혈장 histamine 의증가, 전신성알레르기반응유발, Th2- type cytokine 의활성화등으로대변되는사람의 IgE 매개 성 food allergy 와유사한면역병리및임상적특성을 재현하는데성공하였다. 따라서이러한모델들은 food allergy 연구의궁극적인목표인면역조절제 (cytokine, anticytokine, CpGs, receptor blockers 등 ) 및면역치 료용백신 (wild peptide, mutant peptide, plasmidpeptide 등 ) 의개발과유효성검증등식품알레르기의 치료법개발연구에기본도구로사용되고있으며, 더 나아가 food engineering 이나, 미생물및 food irradiation 등을이용하여만들어진저알레르기식품들의 안정성검증을위한유용한도구로활용될수있다. 참고문헌 1) Sampson HA. Food allergy. Part 1 : Immunopathogenesis and clinical disorders. J Allergy Clin Immunol 1999;103: ) Sampson HA. Food Allergy. JAMA 1997;278: ) Ngan J, Kind LS. Suppressor T cells for IgE in Peyer' s patches of mice made tolerant by the oral administration of ovalbumin. J Immunol 1978;120: ) Mowat AM. The regulation of the immune reponses to dietary protein antigens. Immunol Today 1987;8: ) Melamad D, Friedman A. In vivo tolerization of Th1 lymphocytes following a single feeding with ovalbumin : anergy in the absence of suppression. Eur J Immunol 1994;24: ) Friedman A, al-sabbagh A, Santos LM, Fishman-Lobell J, Polanski M, Das MP, et al. : Oral tolerance : A biologically relevant pathway to generate peripheral tolerance against external and self antigens. Chem Immunol 1994;58: ) Strobel S. Neonatal oral tolerance. Ann N Y Acad Sci 1996;778: ) Lycke N, Severinson E, Strober W. Cholera toxin acts synergistically with IL-4 to promote IgG1 switch differentiation. J Immunol 1990;145: ) Ito K, Inagaki-Ohara K, Murosaki S, Nishimura H, Shimokata T, Torii S, Matsuda T, Yoshikai Y. Murine model of IgE production with a pre-

9 348 이수영 : 식품알레르기의동물모델확립과이의활용 dominant Th2-response by feeding protein antigen without adjuvant. Eur J Immunol 1997;23: ) Li X-M, Schofield BH, Huang C-K, Kleiner GI, Sampson HA. A murine model of IgE mediated cow' s milk hypersensitivity. J Allergy Clin Immunol 1999;103: ) Knippels LMJ, Penninks AH, Spanhaak S, Houben GF. Oral sensitization to food proteins : A brown Norway rat model. Clin Exp Allergy 1998;28: ) Knippels LMJ, Houben GF, Spanhaak S. Penninks AH. An oral sensitization model in brown Norway rats to screen for potential allergenicity of food proteins. Methods 1999;19: ) Li X-M, Serebrisky D, Lee S-Y, Huang C-K, Bardina L, Schofield BH, et al. : A murine model of Peanut anaphylaxis : T and B cell responses to a major peanut allergen. J Allergy Clin Immunol 2000;106: ) Lee S-Y, Huang C-K, Zhang T-F, Schofield BH, Burks AW, Bannon GA, Sampson HA, Li X-M. Effects of oral administration of IL-12 on peanut hypersensitivity in a murine model of peanut allergy. Clinical Immunology(submitted). 15) Murosaki S, Yamamoto Y, Ito K, Inokuchi T, Kusaka H, Ikeda H, Yoshikai Y. Heat killed Lactobacillus plantarum L-137 suppresses naturally fed antigen-specific IgE production by stimulation of IL-12 production in mice. J Allergy Clin Immunol 1998;102: ) Roy K, Mao H-Q, Huang S-K, Leong KW. Oral gene delivery with chitosan-dna nanoparticles generates immunologic protection in a murine model of peanut allergy. Nature Med 1999;5:

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