백서에서 Bleomycin 투여로 인한 폐손상 및 폐섬유화에 대한 Vitamin E의 영향 - Penicillamine, Deferoxamine 투여군과 비교 -

The Effect of Vitamin E on Bleomycin-Induced Pulmonary Injury and Fibrosis in Rat - Comparison of Penicillamine- or Deferoxamine-Treated Group -

연구배경: Bleomycin(BLM) 투여로 유발되는 폐손상 및 폐섬유화는 특발성 폐섬유증의 실험적 모델로써 BLM의 폐독성 기전은 산소유리기에 의한 직접 독성과 염증세포, 섬유모세포 및 세포외 기질에 의한 간접 독성으로 나누어 설명하고 있다. 이에 저자는 폐손상의 주요 원인이 되는 산소유리기의 생성과 이미 형성된 산소유리기를 보집할 수 있는 산화방지제들을 투여함으로써, BLM에 의한 폐손상 및 폐섬유화의 발생과 그 억제기전을 이해하고자 본 실험을 시행하였다. 방법: 웅성 백서에 폐손상 및 폐섬유화의 대표적인 실험적 방법인 bleomycin (BLM)을 투여함과 동시에 산화방지제로 구리의 킬레이트제인 penicillamine, 철의 킬레이트제인 deferoxamine과 산소유리기의 보집제인 vitamine E를 투여한 후 그 형태학적 변화를 보기 위해 기관지폐포 세척액 검사, 광학현미경 소견과 세포외 기질인 교원섬유 제 I, III, IV형과 비교원성 기질인 fibronectin과 laminin 그리고 근섬유모세포에 대한 NBD phallicidin에 대한 면역형광염색 및 면역조직화학염색소견을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 결과: 1) 기관지폐포세척액의 검사소견상 총 세포수는 BLM 단독투여군의 경우 제4일에 최고값에 도달한 후 감소하기 시작하여 제28일에 대조군과 비슷해졌지만, penicillamine과 deferoxamine 처치군은 제1일부터 제28일까지 계속 높았으며, vitamin E 처치군은 제3일부터 현저한 차이로 감소하여 제7일부터 대조군과 비슷해졌다. 기관지폐포 세척액의 각 염증세포구성비는 BLM 단독투여군은 초기 즉 제1, 3, 4일에 중성구가 현저히 증가하다가 제7일부터 감소하여 제28일에 대조군과 비슷해졌지만, vitamin E 처치군은 중성구가 제3일부터 BLM 단독투여군의 1/3이하로 현저히 감소하였다. 2) 광학현미경소견은 BLM 단독투여군의 경우 다른 실험군에 비해 섬유화가 가장 심하였고, penicillamine 처치군은 중성구의 침윤이 지속적으로 많았으며, deferoxamine 처치군은 폐포 중격의 림프구 침윤이 뚜렷하였고, vitamin E 처치군은 페포 중격 및 폐포강내 대식세포 증가가 많았다. 이러한 소견은 기관지폐포세척액 소견과 잘 일치하였다. 산화방지제 처치군의 섬유화 소견은 deferoxamine 처치군이 가장 뚜렷하였고, penicillamine 처치군은 적었지만 관찰되었으며, vitamin E 처치군은 거의 없었다. 3) 세포외 기질의 변화로 폐포 간질의 기저막에 양성반응을 나타내는 제 IV형 교원섬유와 laminin 및 Jones' methenamine silver 염색결과는 비슷한 양상이었는데, BLM 단독투여군, penicillamine 처치군과 deferoxamine 처치군은 모두 제28일군에서 음성반응을 나타냈으나, vitamin E 처치군은 제28일까지 대조군과 비슷하게 기저막이 유지되었다. 섬유화 부위에 증가된 세포외 기질은 제 I 형 교원섬유와 fibronectin 이었으며, 제 III 형 교원섬유는 각 국에서 초기에 일시적으로 양성반응을 나타내었다. NBD phallicidin은 BLM 단독투여군에서 특히 제 28일군 육아조직의 방추형세포에 양성반응을 보였다. 결론: Bleomycin 투여에 의한 폐손상 및 폐섬유화 기전은 bleomycin이 구리 또는 철 이온의 존재하에 생성한 산소유리기에 의해 유발될 수도 있으나, 주로 중성구의 활성화로 인한 산소유리기에 의해 유발되고, 폐의 섬유화 제 I 형 교원섬유와 fibronectin의 증가로 초래되었다. 폐손상의 억제는 킬레이트제 보다는 산소유리기의 보집제인 vitamin E 투여시 가장 효과가 있었는데 이것은 초기의 중성구 증가 및 중성구의 활성화 정도에 따라 간질내 폐포의 기저막 유지 및 재생이 가능하고 이것이 폐의 탄력성을 유지시켜 폐손상을 억제할 수 있기 때문으로 사료된다.

Background: Pulmonary toxicity by bleomycin has multiple mechanisms including direct tissue toxicity due to oxygen-derived free radicals and indirect toxicity through amplification of pulmonary inflammation. To evaluate the effect of chelators or free radical scavenger to lung damage induced by bleomycin, penicillamine as a copper chelator, deferoxamine as an iron chelator and vitamin E as a free radical scavenger were administered. Methods: Two hundred Wistar rats were divided into five groups: Control, bleomycin treated, bleomycin-penicillamine treated, bleomycin-deferoxamine treated, and bleomycin-vitamin E treated groups. Rats sacrificed on day 1, day 3, day 4, day 7, day 14, and day 28 after treatment. Bronchoalveolar lavage, light microscopic and immunohistologic studies for type I, III, IV collagens, fibronectin, laminin and NBD phallicidin were evaluated. Results: There was a significant increase in the total cell counts of bronchoalveolar lavage on day 1 from all treated animals and vitamin treated group showed an abrupt decrease in total cell counts with decrease of neutrophils on day 3. Bleomycin-vitamin E treated group had the least histologic changes such as pulmonary fibrosis. The alveolar basement membranes were positive for type IV collegen and laminin. Basement membranes of bleomycin, bleomycin-penicillamine, or bleomycin-deferoxamine treated groups were disrupted and fragmented on day 4 or 7. The bleomycin-vitamin E treated group had intact basement membranes until day 28. Conclusion: Bleomycin-induced pulmonary fibrosis was related to the severity of acute injury to oxygen radicals or activation of neutrophils and disruption of basement membrane. Vitamin E seemed to be the most effective antioxidant in the inhibition of bleomycin-induced pulmonary injury and fibrosis.