The Lung Expression of Proinflammatory Cytokines, TNF-$\alpha$ and Interleukin 6, in Early Periods of Endotoxemia

내독소혈증 유발 급성폐손상에서 폐장내 Proinflammatory Cytokines 발현에 관한 고찰

Background: The immediate hoot response to LPS is the production of proinflammatory cytokines that act as intercellular mediators in inflammatory reactions, including acute lung injury. These "early response" cytokines transmit signals from recognition cells to target or effector cells. This host response is further amplified by the expression of leukocyte chemoattractants, growth factors, and adhesion molecules, resulting in an array of proinflammatory events. This experiment was performed to define the lung origin of proinflammatory cytokines, such as TNF-$\alpha$, IL 6 in early periods of endotoxin induced acute lung injury (ALI). Method: The healthy male Sprague-Dawley, weighted 150 - 250g, were divided into saline control (NC) and endotoxemia-induced ALI (ETX-), and leukopenic endotoxemia-induced ALI (CPA-ETX-Group) which was induced by cyclophosphamide, 70 mg/kg i.p. injection. Acute lung injury was evoked by LPS, 5 mg/kg, intravenously administered. Bronchoalveolar lavage was performed at 0, 3, 6 h after LPS-treated to estimate the influx of phagocytes and concentration of total protein, and cytokines as TNF-$\alpha$ and IL 6 by a bioassy using MIT method. We also examined the localization of TNF-$\alpha$ and IL 6 protein in endotoxemia-challenged lung tissue by immunohistochemical stain (IH). Results: The total cell, macrophage and PMN count in BALF were elavated in ETX group compared to NC(p<0.05). In CPA-ETX group, total cell and macrophage count in BALF were not changed compared to NC. but PMN count was markedly reduced and it took part in less than 0.1 % of total BAL cells (p<0.01). The protein concentration in BALF were significantly increased in ETX and CPA-ETX group Compared to NC (p<0.05), but there was significant difference between ETX- and CPA-ETX group only at 6 h (p<0.05). This observation suggested that even if PMNs are involved in the pathogenesis of acute lung injury, their role cannot be viewed as essential The concentration of TNF-$\alpha$ and IL 6 in BALF was significantly increased in the ETX- and CPA-ETX group compared to NC. There was no difference between ETX- and CPA-ETX group. In IH, anti-TNF-$\alpha$- and anti-IL 6 antibody was strongly localized at interstitial monocytes and alveolar macrophages in endotoxemia-challenged lung tissue. From above point of view, activated alveolar macrophage/monocyte considered as a prominent source of proinflammatory cytokines in endotoxemia-challenged lung injury. Conclusion: The prominent source of proinflammatory cytokines in early periods of endotoxemia-induced lung injury will be the activated resident macrophages like an alveolar macrophage and interstitial monocytes. The pulmonary macrophage/monocyte will impact the initiation and continuance of lung injury without PMNs's certain inflammatory role, particularly in endotoxemia-induced acute lung injury.

연구배경: LPS에 대한 숙주의 초기반응은 proin-flammatory cytokines의 분비이다. 이러한 "초기 반응" cytokines는 인지세포에서 표적세포 등에 신호를 전달하여 다른 대식세포를 포함한 면역세포, 폐장내 간엽성 세포들을 자극하여 화학주성인자, 성장인자, 유착분자 등의 발현을 증폭시키게 되면서 전염증단계가 정열하게된다. 내독소유발 급성폐손상에서 폐장내 proinflammatory cytokine 기원 세포들은 활성화된 대식세포/단핵구 외에 폐조직으로 유입된 동원 호중구의 역할이 중요하게 인식되고 있으며 이외에도 간엽성 세포들에서도 발현되고 있는 것으로 밝혀지고 있다. 저자들은 실험 백서에서 내독소를 정백내 주입하여 유발시킨 급성폐손상에서 proinflammatory cytokines인 TNF-$\alpha$ 및 IL 6 기원의 주된 세포(들)를 규명해 보고자 하였다. 방 법: 체중 $250{\pm}50g$의 건강체인 웅성 Sparague-Dawley를 정상 대조군(Normal Control Saline Group)과 내독소유발 급성폐손상군으로 분류하였으며 급성폐손상군은 백혈구결핍 내독소군(CPA-ETX Group)과 대조-내독소군(ETX Group)으로 하였다. 실험백서를 phenthotal sodium으로 마취한 후 생리식염수 0.4ml(control) 혹은 동량의 생리식염수에 용해시킨 LPS (055 : B5 E. coli, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO), 5mg/kg를 백서 미부정맥으로 주사한 후 각각 0 및 3, 6 시간에 회생시켰다. 백혈구결핍 내독소군은 cyclophophamide, 7mg/kg를 복강내 주입하여 5 일째에 LPS를 같은 방법으로 주입하여 3, 6시간에 각각 희생시켰다. 각군에서 기관지폐포세척술을 전술한 바와 같이 시행하여 총백혈구수, 분획세포수 및 총단백량을 산출하였고 기관지폐포세척 TNF-$\alpha$ 및 IL 6를 생물학적 방법으로 각각 측정하여 비교하였다. 동시에 기관지폐포세척술을 하지 않은 정상대조군 및 대조-내독소군에서 TNF-$\alpha$ 및 IL 6 단백에 대한 면역조직화학염색을 시행하였다. 결 과: 기관지폐포세척 세포 및 단백량 측정 결과 정상대조군에 비해 대조-내독소군에서 기관지폐포세척 총백혈구수는 3, 6 시간째에 각각 유의한 증가를 보였으나 (p<0.01), 백혈구결핍 내독소군과는 차이가 없었다. 대조-내독소군은 정상대조군에 비해 기관지폐포세척단핵구 및 호중구수가 3, 6 시간째에 각각 유의하게 증가하였으며 (p<0.05) 특히 호중구 분획율의 유의한 증가를 동반하였다(p<0.05). 백혈구결핍 내독소군은 정상대조군에 비해 3, 6시간째에 각각 기관지폐포세척 호중구수 및 호중구분획율의 유의한 감소를 보였으나 (p<0.05) 기관지폐포세척 단핵구수 및 단핵구 분획율에서는 양군간에 차이가 없었다. 기관지폐포세척 총단백량은 내독소군에서 3, 6시간째에 각각 정상대조군에 비해 유의한 증가를 보였으며(p<0.05) 내독소군간에는 6시간째에 대조-내독소군에서 백혈구결핍 내독소군에 비해 유의하게 높았다(p<0.05). 기관지폐포세척 TNF-$\alpha$ 및 IL-6의 농도는 정상대조군에서 각각 $0.06{\pm}0.06$ U/ml(n=5) 및 $0.45{\pm}0.23$ U/ml(n=5)이었다. 내독소군에서 TNF-$\alpha$와 IL-6는 정상대조군에 비해 유의하게 상승되었으며 (p<0.05), 백혈구결핍 내독소군과 대조-내독소군간에 차이는 없었다. 면역조직화학염색결과 내독소 정맥 주입 3시간 및 6시간후의 폐조직에서 TNF-$\alpha$ 및 IL-6 단백이 폐포대식세포와 간질대식세포들에서 강하게 염색되는 소견을 관찰할 수 있었다. 결 론: 내독소혈증 유발 급성 폐손상의 초기 손상에 중요한 역할을 하는 proinflammatory cytokine의 주된 기원세포는 활성화된 폐포대식세포/단핵구세포들일 것으로 사료되며 이들 세포가 내독소혈증 유발 급성폐손상 발생에 주도적인 역할을 할 것으로 사료되었다.