Effects of high dose of dexamethasone on $PLA_2$, GGT activity and lung morphology in NNNMU-induced ARDS rats

NNNMU로 유도된 급성호흡곤란증후군 흰쥐 폐장에서의 dexamethasone에 의한 $PLA_2$, GGT의 활성도 및 형태학적인 변화

Background : In order to elucidate one of the pathogenic mechanisms of ARDS associated with pulmonary surfactant and oxidant injury, acute lung injury was induced by N-nitroso N-methylurethane (NNNMU). In this model, the role of phospholipase $A_2$ ($PLA_2$), surfactant, gamma glutamyl transferase (GGT) and morphology were investigated to delineate one of the pathogenic mechanisms of ARDS by inhibition of $PLA_2$ with high dose of dexamethasone. Method: Acute lung injury was induced in Sprague-Dawley rats by NNNMU which is known to induce acute lung injury in experimental animals. To know the function of the alveolar type II cells, GGT activity in the lung and bronchoalveolar lavage was measured. Surfactant phospholipid was measured also. $PLA_2$ activity was measured to know the role of $PLA_2$ in ARDS. Morphological study was performed to know the effect of $PLA_2$ inhibition on the ultrastructure of the lung by high dose of dexamethasone. Results : Six days after NNNMU treatment (4 mg/kg), conspicuous pulmonary edema was induced and the secretion of pulmonary surfactant was decreased significantly. In the acutely injured rats' lung massive infiltration of leukocytes was observed. At the same time rats given NNNMU had increased $PLA_2$ and GGT activity tremendously. Morphological study revealed bizarre shaped alveolar type II cells and hypertrophied lamellar bodies in the cytoplasm of the alveolar type II cells. But after dexamethasone treatment (20 mg/kg, for six days) in NNNMU-treated rats, these changes were diminished i.e. there were decrease of pulmonary edema and increase of surfactant secretion from alveolar type D cells. Rats given dexamethasone and NNNMU had decreased $PLA_2$ and GGT activity in comparison to NNNMU induced ARDS rats. Conclusion : Inhibition of $PLA_2$ by high dose of dexamethasone decreased pathological findings caused by infiltration of leukocytes and respiratory burst. Based on these experimental results, it is suggested that an activation of $PLA_2$ is the one of the major factors to evoke the acute lung injury in NNNMU-induced ARDS rats.

연구목적: ARDS 발병기전의 일단을 알아보기 위하여 실험동물에서 ARDS와 같은 병변을 유도하는 N-nitroso-N-methylurethane(NNNMU)로 흰쥐에서 급성 폐손상을 유도하였다. ARDS에서의 제 II형 폐포세포의 기능 및 형태학적인 변화가 폐포강 내로의 단백질 이동과 관계 있다고 생각되므로 surfactant를 정량하고 동시에 gamma glutamyl transpeptidase(GGT)의 활성도를 측정하였다. 그리고 백혈구와 연관된 free radical의 역할을 알아보고자 phospholipase $A_2$ ($PLA_2$)의 활성도도 측정하였다. 이때 $PLA_2$의 inhibitor인 dexamethasone을 이용하여 $PLA_2$가 ARDS 발병에 미치는 영향을 알아보고자하였다. 방법: NNNMU에 의해 나타나는 폐부종의 확인을 위해 체중에 대한 폐장의 무게의 비를 계산하였고, 제 II형 폐포세포의 기능을 알아보기 위하여 surfactant의 양 및 GGT의 활성도를 측정하였다. 또한 염증세포의 침윤 및 제 II형 폐포세포의 형태학적인 변화를 광학 및 전자현미경을 이용하여 확인 하였으며 $PLA_2$의 활성도도 측정 하였다. 또한 이 모든 실험을 dexamethasone을 투여한 군에서도 시행하여 $PLA_2$의 억제로 나타나는 효과를 관찰하였다. 결과: NNNMU로 유도된 ARDS와 유사한 급성폐손상시 dexarnethasone은 폐부종을 감소시키고 GGT 및 $PLA_2$의 활성도를 감소시켰다. 형태학적으로는 염증세포 침윤의 감소가 관찰되었으며 병리학적인 소견도 호전시켰다. 결론: ARDS의 병인 중 $PLA_2$의 활성화가 염증세포의 침윤을 증가시키고 동시에 resprratory burst에 의한 free radical의 생성과 그 작용이 급성 폐손상의 중요한 기전으로 생각된다. 특히 $PLA_2$는 백혈구 세포막의 NADPH oxidase의 활성화에 따른 free radical의 생성뿐만 아니라 lipid medialor의 생성에도 관여하여 폐부종을 야기하는 중요한 요소가 되는데, 과량의 dexamethasone 은 $PLA_2$를 억제함으로써 이러한 변화를 감소시키는 것으로 생각된다.