Journal Search Engine

ISSN : 1226-7155(Print)
ISSN : 2287-6618(Online)

International Journal of Oral Biology Vol.44 No.4 pp.173-181
DOI : https://doi.org/10.11620/IJOB.2019.44.4.173

CCR5 deficiency in aged mice causes a decrease in bone mass

Eun-Ji Oh¹, Yaran Zang^1,2, Jung-Woo Kim^1,2, Mi Nam Lee^1,2, Ju Han Song^1,2, Sin-Hye Oh¹, Seung Hee Kwon^1,2, Jin-Woo Yang^1,2, Jeong-Tae Koh^1,2*

¹Department of Pharmacology and Dental Therapeutics, School of Dentistry, Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea
²Hard-tissue Biointerface Research Center, School of Dentistry, Chonnam National University, Gwangju 61186, Republic of Korea

†

Eun-Ji Oh, Yaran Zang, and Jung-Woo Kim contributed equally to this study.

Correspondence to: Jeong-Tae Koh, E-mail: jtkoh@chonnam.ac.kr

Received December 2, 2019 Review December 13, 2019 Accepted December 16, 2019

Abstract

The CC chemokine receptor 5 (CCR5) is a G protein-coupled receptor that regulates chemotaxis and effector functions of immune cells. It also serves as the major co-receptor for the entry of human immunodeficiency virus (HIV). Recently, CCR5 inhibitors have been developed and used for the treatment or prevention of HIV infections. Additionally, it has been identified that CCR5 controls bone homeostasis by regulating osteoclastogenesis and the communication between osteoblasts and osteoclasts. However, the effects of CCR5 inhibition on bone tissue in elderly patients are unknown. This study aimed to examine the bone phenotype of aged CCR5 knockout (KO) mice. Femoral and tibial bones were isolated from 12-month and 18-month old wild-type (WT) and CCR5 KO mice, and microcomputed tomography and histology analyses were performed. Twelve-month-old CCR5 KO mice exhibited a decreased trabecular bone mass and cortical bone thickness in both femoral and tibial bones compared with agematched WT mice. Eighteen-month-old mice also showed a decreased trabecular bone mass in femurs compared with control WT mice, but not in tibial bones. Unlike in 12-month-old mice, the cortical margin of femurs and tibias in 18-month-old mice were rough, likely because they were aggravated by the deficiency of CCR5. Overall, our data suggest that the deficiency of CCR5 with aging can cause severe bone loss. When CCR5 inhibitors or CCR5 inactivating technologies are used in elderly patients, a preventive strategy for bone loss should be considered.

Key Words : Receptors , CCR5 , Osteoporosis , Aging

초록

키워드 :

This article has been cited by 0 article in crossref

Cited-By

Funding:

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/bync/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Introduction

뼈는 인체의 대표적인 경조직으로 중요 장기의 보호, 신체와 치아의 기계적 지지, 조혈 작용 및 무기질의 항상성 유지와 같은 주요한 역할 을 한다[1]. 뼈는 골모세포에 의해 뼈기질을 합성하는 과정과 파골세포 에 의해 뼈조직이 제거되는 일련의 과정이 엄격하게 조절되며 일어나 는 뼈 재생 과정을 통해 개체의 전 생애에 걸쳐 끊임없이 변화하는 조직 이다[2]. 골조직의 항상성은 개체 내외부의 다양한 조건에 반응하여 골 모세포와 파골세포의 작용이 균형을 이룸으로써 유지된다. 골모세포와 파골세포의 생성과 기능은 비타민 D(1,25(OH)₂D₃), 부갑상선호르몬 (parathyroid hormone, PTH)과 같은 전신적 호르몬에 의해서뿐만 아 니라 손상된 골조직 부위에서 작용하는 다양한 종류의 세포들로부터 분 비되는 각종 호르몬과 사이토카인, 케모카인들에 의해서 조절되고 있다 [1,3]. 노화, 대사질환, 면역질환, 암 등에 의한 조절인자들의 변화는 골 모세포와 파골세포의 불균형을 초래하여 골다공증과 같은 뼈 질환을 초 래하기도 한다[1,3].

CC 케모카인은 시스테인 잔기 사이의 이황화 결합에 의해 안정화 되 는 단백으로 C-C chemokine receptor (CCR) 수용체에 작용하여 단 핵구, NK 세포 및 수지상 세포 등의 이동에 관여한다[4]. CCR은 7개의 막횡단 단백질로 이루어진 G 단백질-결합 수용체로서 지금까지 CCR1 부터 CCR10까지 10가지 종류가 보고되어 있다[5]. 그 중에서 CCR5 수용체는 주로 면역세포, T세포, 수지상세포, 단핵구, 대식세포에 발현 되며 CCL3, CCL4, CCL5, CCL8, CCL11, CCL13, CCL14, CCL16 리간드와 결합한다[6,7]. 최근에는 후천성면역결핍증(AIDS)의 원인 바이러스인 HIV가 CCR5 수용체에 결합하여 T세포 내로 유입되는 것 이 밝혀짐에 따라 CCR5가 AIDS 치료와 HIV 감염예방을 위한 핵심 타 깃으로 부각되고 있다[8]. CCR5의 길항제인 Maraviroc은 현재 FDA 에 승인을 받아 에이즈 환자의 치료제로 사용되고 있다[9]. 최신 연구 에 따르면, CCR5를 발현하지 못하는 CCR5-delta 32 유전자 돌연변 이를 가진 사람으로부터 분리한 조혈모세포를 에이즈 환자에 이식하자 HIV가 검출될 수 있는 수준 이하로 감소되었는데, 이로써 CCR5 유전 자 발현 조절에 기초한 에이즈 치료법의 유용성이 제안되었다[10]. 또 한 CCR5 길항제 치료는 에이즈 치료뿐 아니라 류마티스 관절염, 동맥 성 고혈압, 항종양면역의 치료에도 이용될 수 있다는 결과들이 보고되 어 CCR5 억제의 유익성에 대해 논의된 바 있다[11-13].

CCR5는 파골세포 형성과 골모세포와 파골세포의 신호교환 조절을 통해 골조직 유지에 관여한다는 근거가 제시되고 있다. CCR5 결핍 마 우스에서는 파골세포의 수가 증가되어 있어 치아 교정력에 의해 유도 되는 치조골의 흡수를 더욱 증가시킬 수 있다고 보고되었다[14]. 반면, CCR5가 파골세포의 운동성과 골흡수 기능에 필요한 인자로 작용하며 CCR5 결핍 마우스는 골다공증 유도 모델에 저항성을 나타낸다는 상반 된 연구결과도 있다[15]. 한편, CCR5의 리간드로 작용하는 CCL5를 결 핍시킨 마우스는 파골세포의 증가와 골모세포의 감소로 인해 뼈 형성 이 감소됨을 보였다[16]. 골수세포 및 파골세포 전구세포에서 분비되는 IL-1β와 같은 사이토카인은 골모세포에서 CCL5 분비를 증가시키고 이는 골모세포의 생존과 화학주성을 증가시켰다[17]. 이러한 결과들은 CCR5가 골조직 항상성 조절에서 중요한 역할을 하고 있음을 의미한다.

나이가 듦에 따라 호르몬과 성장인자의 분비는 감소하고 대사 물질에 의한 염증 자극 유발은 증가한다. 이러한 노화 과정으로 골조직의 양과 물리적 특성은 감소하고, 장기적으로는 골다공증과 대퇴골 및 척추 등 의 골절 위험성을 증가시킨다[18]. CCR5가 골조직의 항상성 변화에 관 여함은 알려지고 있으나, 노화 과정에서의 골조직 변화에 CCR5의 관여 는 아직까지 알려진 바가 없다. 또한 CCR5 결핍으로 에이즈 저항성을 증가시키려는 인위적 시도가 있는 상황에서 CCR5 결핍이 노화 과정의 뼈 조직에 어떠한 영향을 미치는지 확인할 필요가 있다. 따라서 본 연구 에서는 CCR5가 결핍된 고령마우스의 대퇴골 및 경골 조직의 변화를 마 이크로전산화단층촬영과 조직학적 분석으로 확인하고자 하였다.

Materials and Methods

1. 실험 동물

본 연구에는 Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA)에서 구입한 CCR5–/–와 CCR5+/+ 마우스가 사용되었다. CCR5–/– 마 우스(B6;129P2-Ccr5tm1Kuz/J)는 B6;129P2-Ccr5tm1kuz와 B6;129P2-Cmkbr5tm1Kuz 교배에 의해 제작되었으며, CCR5 유 전자의 전체 코딩 영역이 결핍되어 있다. 대조군 CCR5+/+ 마우스 (B6129PF2/J)는 C57BL/6J-AW-J와 129P3/J 혈통의 교배에서 태어난 F2 잡종 마우스로 하였다. 각 마우스는 23 ± 2℃에서 12시간 의 낮/밤 주기로 물과 설치류용 음식을 제공받으며 12개월 또는 18개 월 동안 사육되었다. 전남대학교 동물실험 윤리위원회(CNU-IACUCYB- R-2017-75)의 가이드라인에 따라 이산화탄소 가스로 질식사 시 킨 후 대퇴골과 경골 시편을 채득하였다.

2. 마이크로전산화단층촬영(microCT)

마우스 골조직의 변화를 알아보기 위해 마이크로전산화단층촬영기 (Skyscan1172; Bruker, Aartselaar, Belgium)를 사용하여 방사선학 분석을 시행하였다. 먼저 채취한 대퇴골과 경골을 각각 인산완충생리식 염수가 들어있는 1.5 mL 튜브에 넣은 후, 기기 내부 회전 테이블에 고 정시키고 0.7도씩 회전하는 조건에서 방사선을 조사하여 2차원 방사선 이미지를 채득하였다. 스캔 조건은 다음과 같다. 빔경화효과를 줄이기 위해 0.5 mm 두께의 알루미늄 필터를 사용하였으며, X-선 발생기의 관류전압과 전류는 50 kV와 200 μA로 설정하였고 스팟 크기는 5 μm 이내였다. X-선 검출기의 단위 픽셀은 13 μm 이내였다.

3. 골지표 분석 및 3차원 이미지 재구성

채득한 2차원 이미지들과 CTanalyzer (Bruker), CTvol (Bruker) 프 로그램을 이용하여 골지표의 정량적인 분석 및 3차원 이미지를 재구성 하였다. 해면골의 분석을 위해 대퇴골과 경골의 성장판으로부터 0.54 mm 떨어진 곳을 분석 시작점으로 설정하였고, 그로부터 총 125장 (1.623 mm)의 이미지를 분석하여, 골밀도 (bone mineral density, BMD), 골량(bone volume/total volume, BV/TV), 잔기둥뼈 두께 (trabecular bone thickness, Tb.Th), 잔기둥뼈 수(trabecular bone number, Tb.N), 잔기둥뼈간 분리(trabecular bone separation, Tb.Sp)를 측정하였다. 치밀골 두께(cortical bone thickness, Cb.Th) 는 해면골 분석의 끝지점으로부터 0.54 mm 떨어진 곳을 시작점으로 하여 총 125장(1.623 mm)의 이미지를 얻어 분석하였다. 3차원 이미 지는 획득한 2차원 이미지에서 분석 영역을 정하여 CTvol 프로그램을 통해 재구성하였다.

4. 조직학적 관찰

생체에서 분리한 시편을 10% 포르말린(Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA) 용액에 1일간 고정한 후, 인산완충생리식염수에 30 분씩 3회 세척하고 이어 Calci-Clear Rapid 용액(National Diagnostics, Atlanta, GA, USA)으로 약 5일간 탈회시켰다. 이후 시편을 인 산완충생리식염수로 3회 세척하고 에탄올 50%, 60%, 70%, 80%, 90%에서 각각 1시간, 100%에서 1시간씩 2회, 이후 100% 에탄올로 4℃에서 약 12시간 동안 탈수시켰다. Xylene 용액과 파라핀을 이용하 여 시편을 포매한 후, 5 μm 두께로 절단하여 슬라이드 절편을 만들어 hematoxylin and eosin (H&E) 염색을 시행하였다.

5. 통계 분석

분석을 통해 얻어진 측정값들은 평균 ± 표준오차로 표현하였다. 각 측정값의 유의성 검증은 GraphPad Prism 5.03 (San Diego, CA, USA) 프램그램을 이용하여 독립 t-test로 시행하였으며, p ＜ 0.05에 서 통계적으로 유의하다고 평가하였다.

Results

1. 12개월령 CCR5 결핍 마우스에서 대퇴골 및 경골의 변화

연령 증가에 따른 골조직 변화에 CCR5 결핍이 어떠한 영향을 미치 는지 알아보고자, 먼저 12개월령의 야생형(wild type, WT) 마우스와 CCR5 결핍(knockout, KO) 마우스에서 대퇴골 및 경골을 분리하여 마 이크로전산화단층촬영을 통해 3차원 이미지 및 정량적 골지표의 변화 를 관찰하였다. 대퇴골 3차원 이미지 분석에서 WT 마우스의 해면골 은 막대 형태로 이루어진 잔기둥 뼈가 서로 연결된 형태를 보였으며, CCR5 KO 마우스에서는 조각난 파편 형태의 잔기둥 뼈가 다수 관찰되 었다. 치밀골의 두께는 CCR5 KO 마우스에서 WT 마우스 보다 얇았다 (Fig. 1A). H&E 염색을 통한 조직학적 관찰에서도 CCR5 KO 마우스 의 해면골 골량과 치밀골 두께는 WT 마우스 보다 감소되어 있었다(Fig. 1B). 골조직 변화의 정량적 분석을 위해 CTanalyzer 프로그램을 이용 하여 마우스 대퇴골의 BMD, BV/TV, Tb.Th, Tb.N, Tb.Sp, Cb.Th를 분석하였다. WT 마우스의 BMD는 평균 0.047 ± 0.004 g/cm³였고 CCR5 KO 마우스의 BMD는 0.025 ± 0.002 g/cm³로 47%가 감소 하였으며, WT 마우스의 BV/TV는 평균 2.53 ± 0.44%였고, CCR5 KO 마우스의 BV/TV는 1.33 ± 0.16%로 48%가 감소하였다. 또한 Tb. N (WT, 0.37 ± 0.05 1/mm; CCR5 KO, 0.24 ± 0.03 1/mm) 그리고 Cb.Th (WT, 0.24 ± 0.002 mm; CCR5 KO, 0.18 ± 0.01 mm) 역시 CCR5 KO 마우스에서 각각 35%, 25%로 유의하게 감소하 였고, Tb.Sp (WT, 0.482 ± 0.026 mm; CCR5 KO, 0.752 ± 0.021 mm)는 56% 유의하게 증가하였다. 그러나 Tb.Th (WT, 0.065 ± 0.005 mm; CCR5 KO, 0.055 ± 0.001 mm)는 WT 및 CCR5 KO 마우스에서 변화 차이가 없었다(Fig. 1C). 위와 같은 대퇴골 지표들의 변화는 CCR5 KO 마우스의 경골에서도 유사하게 변화하였다(Fig. 2).

2. 18개월령 CCR5 결핍 마우스에서 대퇴골 및 경골의 변화

18개월령의 WT 및 CCR5 KO 마우스의 대퇴골과 경골에서 골조직의 변화를 방사선학적 및 조직학적 방법으로 비교 관찰하였다. 대퇴골 3차 원 이미지 분석에서 WT 마우스의 해면골은 거치고 얇은 선 모양의 잔 기둥 뼈가 연결된 형태를 보였으며, CCR5 KO 마우스에서는 WT 마우 스보다 적은 파편 형태의 잔기둥 뼈가 관찰되었다. 치밀골의 형태와 두 께는 두 마우스 사이에 유의한 큰 차이는 없었다(Fig. 3A). 또한, H&E 염색을 통해 조직학적으로 관찰하였을 때도 유사한 결과가 확인되었다 (Fig. 3B). CTanalyzer 프로그램을 이용하여 골조직 변화를 정량적으로 분석 결과, 해면골의 BMD (WT, 0.024 ± 0.003 g/cm³; CCR5 KO, 0.01 ± 0.001 g/cm³), BV/TV (WT, 3.03 ± 0.4%; CCR5 KO, 1.2 ± 0.15%), Tb.N (WT, 0.47 ± 0.048 1/mm; CCR5 KO, 0.17 ± 0.018 1/mm)는 CCR5 KO 마우스에서 유의하게 각각 58%, 60%, 64% 감소하였으며, CCR5 KO 마우스의 Tb.Sp는 0.77 ± 0.04 mm 로 WT 마우스(0.46 ± 0.03 mm)보다 67% 유의하게 증가하였다. 반 면에, Tb.Th (WT, 0.06 ± 0.005 mm; CCR5 KO, 0.067 ± 0.002 mm)는 두 마우스간 차이가 없었다. 치밀골의 Cb.Th (WT, 0.19 ± 0.012 mm; CCR5 KO, 0.2 ± 0.01 mm)도 두 마우스간 유의한 차이가 없었다(Fig. 3C). 18개월령 경골의 경우 BMD (WT, 0.018 ± 0.005 mg/cm³; CCR5 KO, 0.014 ± 0.002 mg/cm³), BV/ TV (WT, 1.94 ± 0.44%; CCR5 KO, 1.97 ± 0.71%), Tb.N (WT, 0.417 ± 0.059 1/mm; CCR5 KO, 0.389 ± 0.093 1/mm), Tb.Th (WT, 0.052 ± 0.002 mm; CCR5 KO, 0.075 ± 0.01 mm), Cb.Th (WT, 0.19 ± 0.002 mm; CCR5 KO, 0.17 ± 0.014 mm) 골지표 들이 두 마우스 간의 유의한 차이가 없었고 오직 Tb.Sp (WT, 0.4 ± 0.05 mm; CCR5 KO, 0.65 ± 0.02 mm)만이 유의하게 증가하는 것 을 확인하였다.

Discussion

CCR5가 HIV의 면역세포 감염에 중요한 수용체로서 작용한다는 것과 CCR5-delta 32의 돌연변이를 가진 사람이 정상적으로 건강하게 생존 하는 것을 알게 된 이후[19], 많은 연구자들은 CCR5의 생리학적 역할 의 미비함에 비해 이 유전자 결핍의 유용성에 대해 더 주목해 왔다. 극 단적으로 중국 연구진은 HIV 감염을 예방하고자 하는 목적에서 최신 유 전자 편집기술인 CRISPR-Cas9 기법을 이용하여 CCR5 유전자를 제 거한 쌍둥이 여아(나나와 루루)를 탄생시켰다[20]. 그러나 에이즈 치료 제로 사용된 CCR5 길항제에 의한 염증반응 조절의 변화 및 뼈 항상성 조절에 대한 변화가 보고되고 있고 심지어는 CCR5 결핍이 뇌세포의 기 능 조절에 영향을 준다는 연구결과가 있기 때문에[21], CCR5의 생리적 역할에 대해서도 더 많은 논의가 필요해 졌다. 특히, 이미 태어난 CCR5 유전자 편집 쌍둥이가 겪게 될 잠재적 위험 요소들을 예측하기 위해서 라도 CCR5 결핍에 의한 생애 전반에 걸친 영향에 대한 연구가 시급하 게 되었다.

본 연구에서는 노화에 의한 골조직 변화에 있어 CCR5 관여를 알아보 고자 CCR5 결핍 고령 마우스의 대퇴골과 경골을 대상으로 고해상도 마 이크로전산화단층촬영 분석 및 조직학적 분석을 시행하였다. 그 결과, 18개월령 WT 마우스는 12개월령 WT 마우스보다 대퇴골 해면골의 골 밀도와 피질골의 두께 감소가 더 크게 나타났다. 더 중요하게는 12개월 령과 18개월령 CCR5 KO 마우스는 같은 연령의 WT 마우스에 비해 더 많은 대퇴골의 골손실을 보였다(Fig. 1C and 3C). 경골의 경우에는 12 개월 마우스에서 CCR5 결핍에 의한 골조직 손실 효과가 뚜렷하게 관찰 되는 반면, 18개월 마우스에서 골지표는 통계적으로 유의한 변화가 관 찰되지 않았다(Fig. 2C and 4C). 이것은 경골의 경우 18개월령 WT 개 체에서도 CCR5의 변화와 관계없이 이미 골조직 손실이 많이 진행되었 기 때문에, CCR5 KO 마우스와 WT 마우스 간의 유의한 골소실의 변화 가 관찰되지 않았을 것으로 생각된다. 이러한 결과는 노화의 과정에서 경골이 대퇴골 보다 더 빨리 소실될 수 있음을 의미하기도 한다. 18개 월령 CCR5 KO 마우스와 WT 마우스의 대퇴골 사이에 피질골 두께의 변화가 통계적으로 차이가 없는 것도 위와 같은 의미로 해석할 수 있다 (Fig. 3C). 대퇴골의 경우 피질골의 두께 변화를 제외한 다른 해면골 골 지표에 대해서는 CCR5 결핍 효과가 관찰되는 바, 노화에 의한 대퇴골 과 경골의 골손실에 CCR5 결핍의 영향이 차이를 보이는 것에 대해서는 각각의 해부학적 또는 기능적 특성을 고려한 해석이 더 필요하다고 생 각된다.

마이크로전산화단층촬영 3차원 이미지 결과에서 주목해야 할 것 중 하나는 피질골 변연의 형태 변화이다. 18개월령 마우스의 대퇴골과 경 골의 피질골 변연은 12개월령의 것들과 달리 거칠고 매끄럽지 못한 데, 이러한 현상은 CCR5가 결핍되었을 경우 더 심화되었다(Figs. 3A, 4A). 피질골 표면에서 골모세포 활성보다 파골세포의 활성이 증가된 경 우 이러한 변화가 관찰되는데[22], CCR5 KO 마우스에서 더 거친 피질 골 변연이 관찰되는 것은 CCR5 결핍이 골조직 리모델링의 불균형을 더 욱 심하게 유도하였음을 시사한다.

피질골과 해면골의 표면에 있는 골모세포는 골기질 단백을 분비함으 로써 골형성을 촉진하며, 주로 중간엽 줄기세포의 분화를 통해서 뼈 표 면에 지속적으로 공급되어진다[23]. 노화가 진행될수록 중간엽 줄기세 포의 수나 분화능이 감소하므로 고령의 골조직에서는 골모세포의 공 급이 점차 줄어들 수 있다[24,25]. 또 CCR5 결핍 마우스의 치주조직 에서는 골모세포 분화인자의 유전자 발현이 감소되어 있다[14]. 반면, CCR5 항체를 이용하여 CCR5 기능을 억제시키더라도 중간엽 줄기세 포가 골모세포로 분화하는 능력에는 변화가 없다는 보고도 있다[15]. CCR5가 면역세포 및 파골세포의 분화와 기능 조절에 관여하는 것도 알 려져 있다[26-28]. CCR5 결핍은 RANKL에 의해 유도된 골다공증을 저해하였으며, FAK, PYK2, SRC와 같은 부착단백질들과 파골세포 표 지 유전자의 중요전사인자인 NF-κB의 인산화를 감소하였다. 반면 다 른 연구에서는 CCR5의 결핍 또는 신호차단은 TRAP, MMP13, CTSK 와 같은 골 파괴 유전자들의 발현을 유도하였다[14,15]. 그러나 이 연구 들은 10주령 마우스를 사용하였거나 세포배양을 통해 얻은 연구결과이 기 때문에, 고령 마우스의 중간엽 줄기세포와 골모세포의 기능에 대한 CCR5 결핍 효과를 결론짓기는 어렵다. 따라서, 노화로 유발된 세포들 의 변화에 의해 골손실이 심화되었을 가능성도 배제할 수 없기 때문에, CCR5가 결핍된 고령 마우스의 골소실 심화 기전은 골조직 리모델링에 관련된 다양한 인자들을 체계적으로 분석하여 통합으로 이해하는 것이 필요하다고 생각된다.

유전자의 기능과 작동원리에 대한 구체적인 이해가 가능해진 것은 최 근의 일이다. 연구자들이 밝혀낸 많은 유전자 중 CCR5와 같은 일부 유 전자는 다른 유전자와 기능적으로 중복되기도 하고 또 HIV와 같은 치명 적인 질병 유발인자의 감염경로로도 작용한다. 이러한 이유로 생체 내 에서 특정 유전자를 없애는 것이 생명현상을 유지하는 데 더 유리해 보 이는 것도 있다. 그러나 특정 유전자의 생리학적 기능에 대한 무용성과 존재가치의 평가에 앞서 생명체의 진화적 관점에서 각 유전자들은 오랜 시간을 두고 변화하고 적응한 결과물이라는 것도 반드시 고려되어야 할 것이다. CCR5 활성을 억제하는 것이 HIV 감염 치료 및 예방 뿐만 아니 라 다양한 염증관련 질병 치료에 커다란 이점이 있는 것은 사실이지만, 본 연구의 결과에서 볼 수 있듯이 장기적으로는 골다공증과 같은 또 다 른 문제점을 야기할 수도 있다. 장기적으로 CCR5 억제제를 사용해야 하는 환자나 CCR5 유전자를 완전히 결핍시킨 CCR5 유전자 편집 여아 루루의 경우, 노화와 폐경이 진행됨에 따라 가속화 될 골조직 변화를 적 절히 모니터링하고 골절과 같은 임상적 문제의 예방도 적절히 고려되어 야 할 것으로 생각된다.

Acknowledgements

이 논문은 2019년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구 재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No. 2019R1A5A2027521).

Figure

Fig. 1.

CCR5 deficiency decreases trabecular bone mass and cortical bone thickness in the femur of 12 month-old mice. Micro-computed tomography (micro-CT) and histology analyses were performed with the femur of 12 month-old wild type (WT) mice and CCR5 knockout (KO) mice. (A) 3-dimensional images of trabecular bone (top panels) and cortical bone (bottom panels). (B) H&E stain. Broken lines indicate the margins of growth plate. Arrow head indicates the trabecular bones. (C) Parameter analyses of trabecular and cortical bones by using micro-CT. n = 7–8 per group.

TB, trabecular bone; BM, bone marrow; GP, growth plate; CB, cortical bone; BMD, bone mineral density; BV/TV, bone volume/tissue volume; Tb.Th, trabecular bone thickness; NS, non-significant; Tb.N, trabecular bone number; Tb.Sp, trabecular separation; Cb.Th, cortical bone thickness.

^ap < 0.05, ^bp < 0.001 vs. WT mice.

Fig. 2.

CCR5 deficiency decreases trabecular bone mass and cortical bone thickness in the tibium of 12 month-old mice. Micro-computed tomography (micro-CT) and histology analyses were performed with the tibium of 12 month-old wild type (WT) mice and CCR5 knockout (KO) mice. (A) 3-dimensional images of trabecular bone (top panels) and cortical bone (bottom panels). (B) H&E stain. Broken lines indicate the margins of growth plate. Arrow head indicates the trabecular bones. (C) Parameter analyses of trabecular and cortical bones by using micro-CT. n = 6–7 per group.

GP, growth plate; BM, bone marrow; TB, trabecular bone; CB, cortical bone; BMD, bone mineral density; BV/TV, bone volume/tissue volume; Tb.Th, trabecular bone thickness; NS, non-significant; Tb.N, trabecular bone number; Tb.Sp, trabecular separation; Cb.Th, cortical bone thickness.

^ap < 0.05, ^bp < 0.001 vs. WT mice.

Fig. 3.

CCR5 deficiency more decreases trabecular bone mass in the femur of 18 month-old mice. Micro-computed tomography (micro-CT) and histology analyses were performed with the femur of 18 month-old wild type (WT) mice and CCR5 knockout (KO) mice. (A) 3D images from Micro-CT analysis. (B) Histology analysis (H&E stain). (C) Parameter analyses of trabecular and cortical bones by using micro-CT. n = 3–6 per group.

TB, trabecular bone; GP, growth plate; BM, bone marrow; CB, cortical bone; BMD, bone mineral density; BV/TV, bone volume/tissue volume; Tb.Th, trabecular bone thickness; NS, non-significant; Tb.N, trabecular bone number; Tb.Sp, trabecular separation; Cb.Th, cortical bone thickness.

^ap < 0.01, ^bp < 0.001 vs. WT mice.

Fig. 4.

Micro-computed tomography (micro-CT) and histology analysis of the tibium in 18 month-old wild type (WT) and CCR5 knockout (KO) mice. (A) 3D images from micro-CT analysis. (B) Histology analysis (H&E stain). (C) Parameter analyses of trabecular and cortical bones by using micro-CT. n = 3–6 per group.

GP, growth plate; BM, bone marrow; TB, trabecular bone; CB, cortical bone; BMD, bone mineral density; NS, non-significant; BV/TV, bone volume/tissue volume; Tb.Th, trabecular bone thickness; Tb.N, trabecular bone number; Tb.Sp, trabecular separation; Cb.Th, cortical bone thickness.

^ap < 0.05 vs. WT mice.

Table

Reference

Feng X, McDonald JM. Disorders of bone remodeling. Annu Rev Pathol 2011;6:121-45.
Rodan GA. Bone homeostasis. Proc Natl Acad Sci U S A 1998;95:13361-2.
Nakashima T, Hayashi M, Takayanagi H. New insights into osteoclastogenic signaling mechanisms. Trends Endocrinol Metab 2012;23:582-90.
Allen SJ, Crown SE, Handel TM. Chemokine: receptor structure, interactions, and antagonism. Annu Rev Immunol 2007;25:787-820.
Murphy PM. International Union of Pharmacology. XXX. Update on chemokine receptor nomenclature. Pharmacol Rev 2002;54:227-9.
Nomiyama H, Hieshima K, Nakayama T, Sakaguchi T, Fujisawa R, Tanase S, Nishiura H, Matsuno K, Takamori H, Tabira Y, Yamamoto T, Miura R, Yoshie O. Human CC chemokine liver-expressed chemokine/CCL16 is a functional ligand for CCR1, CCR2 and CCR5, and constitutively expressed by hepatocytes. Int Immunol 2001;13:1021-9.
Gong W, Howard OM, Turpin JA, Grimm MC, Ueda H, Gray PW, Raport CJ, Oppenheim JJ, Wang JM. Monocyte chemotactic protein-2 activates CCR5 and blocks CD4/CCR5-mediated HIV-1 entry/replication. J Biol Chem 1998;273:4289-92.
Dragic T, Litwin V, Allaway GP, Martin SR, Huang Y, Nagashima KA, Cayanan C, Maddon PJ, Koup RA, Moore JP, Paxton WA. HIV-1 entry into CD4+ cells is mediated by the chemokine receptor CC-CKR-5. Nature 1996;381:667-73.
Repik A, Richards KH, Clapham PR. The promise of CCR5 antagonists as new therapies for HIV-1. Curr Opin Investig Drugs 2007;8:130-9.
Gupta RK, Abdul-Jawad S, McCoy LE, Mok HP, Peppa D, Salgado M, Martinez-Picado J, Nijhuis M, Wensing AMJ, Lee H, Grant P, Nastouli E, Lambert J, Pace M, Salasc F, Monit C, Innes AJ, Muir L, Waters L, Frater J, Lever AML, Edwards SG, Gabriel IH, Olavarria E. HIV-1 remission following CCR5 Δ32/Δ32 haematopoietic stem-cell transplantation. Nature 2019;568:244-8.
Gómez-Reino JJ, Pablos JL, Carreira PE, Santiago B, Serrano L, Vicario JL, Balsa A, Figueroa M, de Juan MD. Association of rheumatoid arthritis with a functional chemokine receptor, CCR5. Arthritis Rheum 1999;42:989-92.
Arberas H, Guardo AC, Bargalló ME, Maleno MJ, Calvo M, Blanco JL, García F, Gatell JM, Plana M. In vitro effects of the CCR5 inhibitor maraviroc on human T cell function. J Antimicrob Chemother 2013;68:577-86.
Cornu TI, Mussolino C, Bloom K, Cathomen T. Editing CCR5: a novel approach to HIV gene therapy. Adv Exp Med Biol 2015;848:117-30.
Andrade I Jr, Taddei SR, Garlet GP, Garlet TP, Teixeira AL, Silva TA, Teixeira MM. CCR5 down-regulates osteoclast function in orthodontic tooth movement. J Dent Res 2009;88:1037-41.
Lee JW, Hoshino A, Inoue K, Saitou T, Uehara S, Kobayashi Y, Ueha S, Matsushima K, Yamaguchi A, Imai Y, Iimura T. The HIV co-receptor CCR5 regulates osteoclast function. Nat Commun 2017;8:2226.
Wintges K, Beil FT, Albers J, Jeschke A, Schweizer M, Claass B, Tiegs G, Amling M, Schinke T. Impaired bone formation and increased osteoclastogenesis in mice lacking chemokine (C-C motif) ligand 5 (Ccl5). J Bone Miner Res 2013;28:2070-80.
Cooper C, Campion G, Melton LJ 3rd Hip fractures in the elderly: a world-wide projection. Osteoporos Int 1992;2:285-9.
Dutta S, Sengupta P. Men and mice: relating their ages. Life Sci 2016;152:244-8.
Barmania F, Pepper MS. C-C chemokine receptor type five (CCR5): an emerging target for the control of HIV infection. Appl Transl Genom 2013;2:3-16.
About Lulu and Nana: twin girls born healthy after gene surgery as single-cell embryos Internet]. 2018 Nov 25 cited 2019 Apr 26]. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=th0vnOmFltc.
Joy MT, Ben Assayag E, Shabashov-Stone D, Liraz-Zaltsman S, Mazzitelli J, Arenas M, Abduljawad N, Kliper E, Korczyn AD, Thareja NS, Kesner EL, Zhou M, Huang S, Silva TK, Katz N, Bornstein NM, Silva AJ, Shohami E, Carmichael ST. CCR5 is a therapeutic target for recovery after stroke and traumatic brain injury. Cell 2019;176:1143-57.e13.
Li J, Bao Q, Chen S, Liu H, Feng J, Qin H, Li A, Liu D, Shen Y, Zhao Y, Zong Z. Different bone remodeling levels of trabecular and cortical bone in response to changes in Wnt/β-catenin signaling in mice. J Orthop Res 2017;35:812-9.
Buo AM, Tomlinson RE, Eidelman ER, Chason M, Stains JP. Connexin43 and Runx2 interact to affect cortical bone geometry, skeletal development, and osteoblast and osteoclast function. J Bone Miner Res 2017;32:1727-38.
Park D, Spencer JA, Koh BI, Kobayashi T, Fujisaki J, Clemens TL, Lin CP, Kronenberg HM, Scadden DT. Endogenous bone marrow MSCs are dynamic, fate-restricted participants in bone maintenance and regeneration. Cell Stem Cell 2012;10:259-72.
Yu KR, Kang KS. Aging-related genes in mesenchymal stem cells: a mini-review. Gerontology 2013;59:557-63.
Rucker J, Samson M, Doranz BJ, Libert F, Berson JF, Yi Y, Smyth RJ, Collman RG, Broder CC, Vassart G, Doms RW, Parmentier M. Regions in beta-chemokine receptors CCR5 and CCR2b that determine HIV-1 cofactor specificity. Cell 1996;87:437-46.
Kong YY, Feige U, Sarosi I, Bolon B, Tafuri A, Morony S, Capparelli C, Li J, Elliott R, McCabe S, Wong T, Campagnuolo G, Moran E, Bogoch ER, Van G, Nguyen LT, Ohashi PS, Lacey DL, Fish E, Boyle WJ, Penninger JM. Activated T cells regulate bone loss and joint destruction in adjuvant arthritis through osteoprotegerin ligand. Nature 1999;402:304-9.
Dehmel S, Wang S, Schmidt C, Kiss E, Loewe RP, Chilla S, Schlöndorff D, Gröne HJ, Luckow B. Chemokine receptor Ccr5 deficiency induces alternative macrophage activation and improves long-term renal allograft outcome. Eur J Immunol 2010;40:267-78.