Regulatory Mechanism of Lipopolysaccharide(LPS)-Induced Interleukin-8 Gene Expression in Mononuclear Phagocytic Cells

단핵식세포에서 내독소에 의한 인터루킨-8 유전자 발현 조절기전에 관한 연구

Background : In acute lung injury, activated neutrophils play an important role in tissue damage. For neutrophils to participate in lung inflammation, chemotactic factors released from mononuclear phagocytes are needed to bring these cells to the local site of inflammation, with interleukin-8 (IL-8) being one of the most specific and important chemotactic factors for neutrophils. IL-8 also induces the expression of adhesion molecules and activates neutrophils to release various inflammatory mediators. Lipopolysaccharide(LPS) is one of the most important causes of adult respiratory distress syndrome and can cause release of many inflammatory cytokines including IL-8 leading to acute lung injury. But little is known about the regulatory mechanism of LPS-induced IL-8 gene expression in mononuclear phagocytes. Method : Human alveolar macrophages(HAM) and peripleral blood monocytes(PBMC) were isolated from healthy volunteers. Time and dose relationship of LPS-induced IL-8 mRNA expression was observed by Northern blot analysis. To evaluate the regulatory mechanism of LPS-induced IL-8 gene expression, pretreatment of actinomycin D(AD, $5{\mu}g/ml$) and cycloheximide(CHX, $5{\mu}g/ml$) was done and Northern blot analysis for IL-8 mRNA and ELISA for immunoreactive IL-8 protein in culture supernatant were performed. Results : 1) In HAM, dose and time dependent LPS-induced IL-8 mRNA expression was observed with peak mRNA level at 8 hours post-stimulation. 2) In PBMC, dose and time dependent LPS-induced IL-8 mRNA expression was also observed with peak mRNA level at 4 hours post-stimulation. 3) AD decreased expression of LPS-induced IL-8 gene expression at both mRNAand protein levels in both types of cells. 4) CHX decreased expression of LPS-induced IL-8 gene expression at protein level in both cell types but in HAM, superinduction of IL-8 mRNA was observed while decreased expression of IL-8 mRNA was observed in PBMC. Conclusion : Time and dose dependent LPS-induced IL-8 gene expression was observed in mononuclear phagocytes which is at least partly regulated pretranslationally. LPS-induced IL-8 mRNA expression in HAM needs no de novo protein synthesis and may be under the control of a labile repressor protein while de novo protein synthesis may be needed in PBMC.

연구배경 : 급성 폐손상에서는 호중구가 조직손상에 중요한 역할을 하는데 호중구는 외부자극에 의해 단핵식세포에서 분비되는 여러 화학주화인자에 인하여 국소염증부위로 이동하며, 이중 대표적인 물질이 호중구에 비교적 특이적으로 작용하는 IL-8이다. IL-8은 호중구에 대한 주화작용외에 호중구 표면에 유착성 분자의 발현을 증가시키고 호중구 자체를 활성화 시키는 등 직,간접적으로 염증반응에 관여한다. 그러나 아직까지 급성폐손상의 표본인 성인성 호흡곤란증후군의 가장 흔한 원인인 내독소에 의한 단핵식세포에서 IL-8의 분자생물학적 조절기전에 대한 연구는 많지 않은 설정이다. 방법 : 정상인의 페포대식세포와 말초혈액 단핵세포를 분리하여 내독소에 의한 IL-8 mRNA 발현양상을 관찰하기 위하여 내독소의 여러 농도와 배양시간에 따라 IL-8 mRNA에 대한 Northern blot analysis를 시행하였다. 내독소에 의한 IL-8 유전자 발현의 분자생물학적 조절기전을 규명하기 위해 actinomycin D와 cycloheximide로 전처치한 후 내독소에 의한 IL-8 mRNA와 배양액에서 면역반응성 IL-8을 측정하기위해 각각 Northern blot analysis와 ELISA를 시행하였다. 결과: 1) 폐포대식세포와 말초혈액 단핵세포 모두에서 내독소에 의한 IL-8 mRNA의 발현은 내독소 1 ng/ml의 농도에서부터 증가되었으며 내독소 농도의 증가에 따라 증가되었다. 또한 내독소에 의한 IL-8 mRNA의 발현은 내독소 투여 2시간후부터 증가되기 시작하여 24시간까지 지속되었으며 폐포대식세포에서는 8시간, 말초혈액 단핵세포에서는 4시간에 각각 정점을 이루었다. 2) actinomycin D는 페포대식세포와 말초혈액 단핵세포 모두에서 IL-8 유전자 발현을 mRNA와 단백질 수준에서 억제시켰다. 3) cycloheximide는 폐포대식세포와 말초혈액 단핵세포 모두에서 IL-8 유전자 발현을 단백질 수준에서는 억제시켰으나 mRNA발현은 폐포대식세포에서는 약간 증가 시켰고 말초혈액 단핵세포에서는 약간 억제시켰다. 결론 : 폐포대식세포와 말초혈액 단핵세포 모두에서 내독소에 의해 IL-8 mRNA의 발현과 IL-8 단백의 분비가 증가되었는데 이는 일부 전사이전 수준에서 (pretranslational level) 조절되며 폐포대식세포에서는 de novo 단백합성과는 관계가 없고 불안정한 억제인자 (labile repressor)의 조절을 받고 있고 말초혈액 단핵세포에서는 지속적인 de novo 단백합성이 중요할 것으로 생각된다.