Improvement of cognitive function in wild-type and Alzheimer's disease mouse models by the immunomodulatory properties of menthol inhalation or by depletion of T regulatory cells (2023)

https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1130044

 

해당 논문은 멘톨 흡입이 인지 기능에 미치는 영향을 조사하고, 조절 T 세포(Treg)를 제거하는 것이 알츠하이머 쥐 모델에서 어떤 효과를 가지는지에 대한 실험 결과를 다룬다. 면역계와 중추신경계 간의 상호작용을 밝혀내며, 면역 조절제가 뇌 질환 치료제로 사용될 가능성을 연구하였다.

 

연구 요약

• 멘톨 흡입은 면역력을 높이고 인지 기능을 향상시키는 것으로 나타났으며, 이는 전두엽에서 IL-1β 및 IL-6와 같은 염증성 사이토카인의 발현 감소와 관련이 있다.
• 알츠하이머 쥐 모델에서 멘톨 흡입은 인지 기능 저하를 방지하는 효과를 보였으며, 특히 IL-1 수용체 차단제인 아나킨라(Anakinra) 투여 시에도 인지 기능이 크게 향상되었다.
• Treg 세포 제거 또한 인지 기능을 개선하는 데 효과가 있었으며, 이는 뇌에서 염증 반응을 줄이는 것과 관련이 있다.

 

연구 방법

1. 멘톨 흡입 실험

   • 목적: 멘톨이 면역 반응과 인지 기능에 미치는 영향을 평가
   • 실험 대상: 건강한 C57BL/6 쥐
   • 멘톨 노출 방법: 15분씩 1일 8회, 7일간 멘톨 증기 또는 물 증기(대조군)에 노출
   • 면역 반응 측정
     • 쥐에게 닭 오발부민(OVA) 항원을 주사하고 면역 반응을 유도
     • 10일 후, IFN-γ 생성 세포 수를 ELISPOT 방식으로 측정
   • 인지 기능 측정: 공포 조건화 시험을 통해 인지 능력을 평가
   • 유전자 발현 분석: 뇌 전두엽에서 CD3, IL-6, IL-1β의 mRNA 발현 수준 측정

2. 후각 상실 유도 실험

   • 목적: 후각 기능 상실이 인지 기능과 면역 반응에 미치는 영향 분석
   • 실험 대상: C57BL/6 쥐
   • 방법: 메티마졸(MTZ) 투여로 후각 상실 유도
   • 분석 항목
     • 후각 상실 후 면역 반응 저하 및 인지 기능 저하 여부 평가
     • 뇌 전두엽에서 IL-6, IL-1β의 mRNA 발현 분석

3. Treg 세포 제거 실험

   • 목적: 조절 T 세포(Treg) 제거가 인지 기능에 미치는 영향 평가
   • 실험 대상: C57BL/6 쥐 및 알츠하이머 질환 모델(APP/PS1)
   • Treg 제거 방법
     • 항-CD25 항체 투여로 Treg 제거
     • 디프테리아 독소(DT)를 이용해 Foxp3-DTR 쥐에서 Treg 선택적 제거
   • 인지 기능 측정: 공포 조건화 시험을 통해 평가
   • 유전자 발현 분석: 뇌 전두엽에서 IL-6, IL-1β, CD3의 mRNA 발현 측정

4. 알츠하이머 질환 모델 실험

   • 목적: APP/PS1 쥐에서 장기적인 멘톨 흡입이 인지 기능에 미치는 영향 평가
   • 멘톨 노출 방법: 6개월 동안 매달 1주일 동안 멘톨 증기 또는 물 증기에 노출
   • 인지 기능 측정: 공포 조건화 시험으로 비교 평가
   • 유전자 발현 분석: IL-1β의 뇌 발현 여부를 mRNA 수준에서 측정
   • 아밀로이드 베타(Ab42) 측정: APP/PS1 쥐의 뇌 전두엽에서 Ab42 농도 측정

 

 

연구 결과

1. 멘톨 흡입 실험 결과

   • 면역 반응: 멘톨에 노출된 쥐들은 SIINFEKL 펩타이드에 특이적인 IFN-γ 생성 세포 수가 대조군보다 유의미하게 증가
   • 인지 기능: 멘톨 노출군은 공포 조건화 시험에서 대조군보다 더 높은 ‘프리징(freezing)’ 비율을 보여 인지 기능이 향상됨을 확인
   • 염증성 사이토카인 억제: 멘톨에 노출된 쥐들은 뇌 전두엽에서 IL-1β와 IL-6의 mRNA 발현이 감소했음

2. 후각 상실 실험 결과

   • 인지 기능 저하: 메티마졸(MTZ)로 유도된 후각 상실은 쥐의 인지 기능을 크게 저하시켰음
   • 면역 반응 저하: 후각 상실 쥐는 면역 반응이 감소했으며, OVA 항원에 대한 IFN-γ 생성 세포 수도 감소
   • 염증성 사이토카인 증가: 후각 상실은 IL-1β와 IL-6의 mRNA 발현을 증가시킴

3. Treg 제거 실험 결과

   • 인지 기능 개선: Treg 세포가 제거된 쥐는 공포 조건화 시험에서 인지 능력이 개선되었음
   • 염증성 사이토카인 감소: Treg 제거는 뇌에서 IL-1β 발현을 억제하고, CD3 발현이 증가하여 면역 세포의 뇌 침투가 증가했음을 나타냄
   • IL-1 억제의 효과: IL-1 수용체 억제제인 아나킨라(Anakinra)를 투여했을 때, 인지 능력이 유의미하게 향상됨

4. 알츠하이머 질환 모델 실험 결과

   • 멘톨 흡입 효과: 6개월 동안 멘톨 흡입에 노출된 APP/PS1 쥐는 대조군에 비해 인지 기능 저하를 방지하는 효과를 보임
   • IL-1β 억제 효과: IL-1β 억제제 투여 시 인지 기능이 유의미하게 개선되었으며, 이는 염증성 사이토카인 발현 억제와 관련 있음
   • 아밀로이드 베타 수준 변화 없음: 멘톨 흡입은 아밀로이드 베타(Ab42) 수준에는 변화를 주지 않았음

 

연구 결론

이 연구는 후각 자극과 면역계 조절이 인지 기능 개선에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었으며, 이를 통해 후각 자극이나 면역 조절제가 알츠하이머병 같은 중추신경계 질환 치료에 사용될 가능성을 제시한다. 멘톨 흡입은 염증성 사이토카인인 IL-1β 억제를 통해 인지 기능을 향상시키며, 이는 새로운 치료법으로의 가능성을 나타낸다.