Priming Effect of Endotoxin in Human Alveolar Macrophage

사람 폐포대식세포에서 내독소의 Priming 효과

Background: Endotoxin or lipopolysaccharide(LPS) can prime phagocytic cells such as polymorphonuclear leukocytes, monocytes or animal peritoneal macrophages to generate increased amounts of secretory products such as oxygen free radicals and tumor necrosis factor, which play an important role in developing adult respiratory distress syndrome in gram negative sepsis. Human alveolar macrophages(HAM) are continuously exposed to various stimuli inhaled into the alveoli, and the response to LPS might be different in HAM. Therefore, we investigated the effect of LPS pre-exposure on HAM adhered to plastic surface and A549 cell(type II human alveolar epithelial cell line) monolayer. Methods: HAM were isolated from bronchoalveolar lavage fluid from normal lung of the patients with localized lung cancer and esophageal cancer. LPS was exposed to HAM for 2hrs before or after adherence to plastic surface of 24-well Linbro plate and A549 cell monolayer. And then HAM was stimulated with PMA(phorbol myristate acetate) or fMLP(N-formyl-methionylleucyl-phenylalanine). The amount of hydrogen peroxide($H_2O_2$) production in the supernatant was measured on the principle of peroxidase-dependent oxidation of phenol red by hydrogen peroxide. Results: LPS pre-exposure could not enhance $H_2O_2$ production in neither HAM adhered to plastic surface nor one to A549 cell monolayer. But LPS even in the absence of PMA or fMLP stimulation directly increased $H_2O_2$ release in HAM if added after the adherence to A549 cell monolayer. Conclusion: Endotoxin does not prime HAM, but may directly activate HAM adhered to alveolar epithelial cells. Further investagation will be necessary.

연구배경: 폐포대식세포가 내독소에 노출되면 이 후 자극에 의해 종양괴사인자, 활성산소 등 독성이 강한 분비물 방출이 더욱 촉진되어 성인성호흡곤란증후군과 같은 각종 폐질환이 초래되는 중요한 기전으로 이해되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 내독소에 의한 이런 priming효과는 다형핵백혈구, 단핵세포나 동물의 폐포대식세포를 대상으로 한 결과로서, 인체 폐포내에서의 폐포대식세포, 폐포상피세포 및 내독소의 상호작용을 밝히는 면에서는 한계가 있었다. 방법: 폐포상피세포에서 기원한 폐암세포주인 A549 24-well Linbro plate에 배양하여 세포단층을 형성한 후 기관지폐포세척술로 얻은 사람의 폐포대식세포($10^6/ml$)를 A549세포에 부착시켜 생체내와 유사한 환경을 만들어 실험을 시행하였다. 방법은 A549세포 부착 전후에 내독소(500 ng/ml)로 전처치한 다음 PMA, fMLP로 자극하여 방출된 과산화수소를 nM/well/2hrs 단위로 측정하여 대조군과 비교하였고 아울러 A549세포만종 없이 각 well에 직접 폐포대식세포단층을 형성한 후 동일하게 처치하였으며 결과는 다음과 같았다. 결과: 1) 24-well의 표면에 폐포대식세포단층을 형성한 후 내독소로 처치(n=7)한 경우, 대조군은 무자극군, PMA 자극군, fMLP자극군에서 각각 $9.48{\pm}2.44$, $10.38{\pm}2.34$, $10.28{\pm}2.33$ nM/well/2hrs의 과산화수소 분비능을 보였고 내독소 전처치군은 각각 $9.56{\pm}2.15$, $9.82{\pm}1.80$, $11.31{\pm}2.48$ nM/well/2hrs을 보여 내독소에 의한 priming효과는 없었다. 2) 폐포대식세포를 미리 내독소로 처치한 후 A549세포단층에 부착(n=7)시킨 경우에는 대조군의 과산화수소 분비능은 무자극군 $4.82{\pm}1.59$, PMA자극군 $8.31{\pm}1.67$, fMLP자극군 $7.06{\pm}1.82$ nM/well/2hrs이고 내독소 전처치군은 각각 $4.44{\pm}1.41$, $7.05{\pm}1.64$, $6.32{\pm}1.69$ nM/well/2hrs로서 내독소에 의한 priming 효과는 없었다. 3) 폐포대식세포를 A549세포단층에 부착시킨 후 내 독소로 처치(n=11)하면 대조군은 무자극군, PMA자극군, fMLP자극군에서 각각 $4.33{\pm}1.04$, $7.94{\pm}1.42$, $6.00{\pm}1.22$ nM/well/2hrs의 과산화수소를 분비하였고 내독소 전처치군은 각각 $5.43{\pm}1.19$, $7.56{\pm}1.31$, $6.38{\pm}1.19$ nM/well/2hrs를 보여 A549세포 부착후에도 내독소의 priming 효과는 관찰되지 않았으나 PMA나 fMLP로 자극하지 않은 무자극군에서 내독소 전처치군이 대조군에 비해 과산화수소 분비능의 유의한 증가를 보였다(p<0.05). 결론: 이상의 결과는 사람 폐포대식세포에서 내독소에 의한 priming효과는 없으나 폐포상피세포와의 상호작용에 의해 내독소가 폐포대식세포를 직접 자극함을 시사하는 소견이며 향후 추시가 필요할 것으로 사료된다.