Silica induced Expression of IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\beta$, TGF-$\alpha$, in the Experimental Murine Lung Fibrosis

유리규산에 의한 폐장내 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$, TGF-$\beta$의 발현

Background: Silica-induced lung diseases is characterized by the accumulation of inflammatory cells at early stage and fibrosis in pulmonary parenchyma and interstitium at late stage. As a consequence of inflammation, silicosis is accompanied with the expansion of interstitial collagen and the formation of fibrotic nodule. In this process, several kinds of lung cells produce cytokines which can amplify and modulate pulmonary fibrosis. The alveolar macrophage is a potent source of proflammatory cytokines and growth factor. But in the process of silicotic inflammation and fibrosis, there are many changes of the kinetics in cytokine network. And the sources of cytokines in each phase are not well known. Method: 2.5 mg of silica was instillated into the lung of C57BL/6J mice. After intratracheal instillation of silica, the lungs were removed for imunohistochemical stain at 1, 2, 7 day, 2, 4, 8, 12 week, respectively. We investigated the expression of IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ in lung tissue. Results: 1) The expression of IL-6 increased from 1 day after exposure to 8 weeks in vascular endothelium. Also peribronchial area were stained for IL-6 from 7 days and reached the peak level for 4 weeks. 2) The IL-1 $\beta$ was expressed weakly at the alveolar and peribronchial area through 12 weeks. 3) The TNF-$\alpha$ expressed strongly at alveolar and bronchial epithelia during early stage and maintained for 12 weeks. 4) TGF-$\beta$ was expressed strongly at bronchial epithelia and peribronchial area after 1 week and the strongest at 8 weeks. Conclusion: The results above suggests IL-6, TNF-$\alpha$ appear to be a early inflammatory response in silica induced lung fibrosis and TGF-$\beta$ play a major role in the maintenance and modulation of fibrosis in lung tissue. And the regulation of TNF-$\alpha$ production will be a key role in modultion of silica-induced fibrosis.

연구배경: 유리규산(silica)이 폐장내로 흡입되면 폐장내 염증세포의 축적이 발생하고 폐실질과 간질에 섬유화가 발생한다. Silica가 폐장내로 흡입되면 대삭세포에 탐식되어 염증매개물을 분비한다. 대식세포에서 염증반응에 중요하게 관여히는 cytokines은 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$ 등이 있으며 후기 섬유화에 관계하는 TGF-$\beta$ 등이 분비되어 폐섬유화의 진행과 유지에 중요한 역할을 한다. 그러나 silica에 의한 폐섬유화 과정에서 각 cytokine의 역할과 분비부위 시간에 따른 변화에 대해서는 아직 확실히 규명된 바 없다. 방 법: silica 투여시 폐섬유화증이 잘 유발되어지는 C57BL/6J(ref) mouse의 폐장내로 silica를 투여 후 1 일, 2 일, 7 일, 2 주, 4주, 8주, 12주째마다 폐장을 적출하여 시간에 따른 폐조직의 변화와 면역화학조직염색법을 이용하여 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$, TGF-$\beta$ 단백 발현의 변화와 분비부위를 관찰하였다. 결 과: Silica군에서는 2주부터 육안적 소견의 변화가 관찰되었으며 8주째 변화가 가장 심하였고 초기에 염증세포의 침윤이 기관지와 세기관지 주위로 시작되어 8 주째는 기관지 주위의 심한 염증세포 침윤과 섬유화 결절에 의해서 기관지가 완전히 폐쇄되는 소견을 보였다. IL-6 의 발현은 혈관에서는 변화없이 지속적으로 발현되었고 시간 경과에 따라 기도상피세포와 혈판내피세포에서 IL-6 발현이 관찰되어 IL-6의 형성은 혈관에서 기도내로 이동하는 염증세포에 의해 과형성됨을 알 수 있었다. IL-1는 정상군의 혈관내피세포에서 1도 정도의 경한 발현이 있은 후 큰 변화없이 12주까지 지속적으로 발현되었다. TNF-$\alpha$는 기도상피세포에서 발현이 점차 증가하였고 2주째 기관지 주위에 염증세포의 침윤이 심해지면서 형성된 결절에서 강한 발현이 나타난 후 8주까지 지속되었다. TGF-$\beta$는 기관지 주위에서 초기에 발현을 관찰할 수 없었으나 염증 세포의 침윤이 심해지는 2 주째부터 강한 발현이 나타난 후 12주까지 지속적으로 높은 발현을 나타내었다. 결 론: Silica를 폐장내 투여시 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$가 조기에 분비되어 모두 폐섬유화의 염증반응에 관여하고 TGF-$\beta$는 후기의 폐섬유화에 유지에 관여할 것으로 추정되며 silica에 의한 폐섬유화의 조절방법으로는 TNF-$\alpha$의 형성조절이 좋은 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다.