Abstract
Background : TNF-$\alpha$ appears to be a central mediator of the host response to sepsis. While TNF-$\alpha$ is mainly considered a proinflammatory cytokine, it can also act as a direct cytotoxic cytokine. However, there are not so many studies about the relationship bet ween TNF-$\alpha$ level and lung injury severity in ALI, particularly regarding the case of ALI caused by direct lung injury such as diffuse pulmonary infection. Recently, a natural defense mechanism, known as the stress response or the heat shock response, has been reported in cellular or tissue injury reaction. There are a number of reports examining the protective role of pre-induced heat stress proteins on subsequent LPS-induced TNF-$\alpha$ release from monocyte or macrophage and also on subsequent LPS-induced ALI in animals. However it is not well established whether the stress protein synthesis such as HSP can be induced from rat alveolar macrophages by in vitro or in vivo LPS stimulation. Methods : We measured the level of TNF-$\alpha$, the percentage of inflammatory cells in bronchoalveolar lavage fluid, protein synthesis in alveolar macrophages isolated from rats at 1, 2, 3, 4, 6, 12, and 24 hours after intratracheal LPS instillation. We performed histologic examination and also obtained histologic lung injury index score in lungs from other rats at 1, 2, 3, 4, 6, 12, 24 h after intratracheal LPS instillation. Isolated non-stimulated macrophages were incubated for 2 h with different concentration of LPS (0, 1, 10, 100 ng/ml, 1, or 10 ${\mu}g/ml$). Other non-stimulated macrophages were exposed at $43^{\circ}C$ for 15 min, then returned to at $37^{\circ}C$ in 5% CO2-95% for 1 hour, and then incubated for 2 h with LPS (0, 1, 10, 100ng/ml, 1, or 10 ${\mu}g/ml$). Results : TNF-$\alpha$ levels began to increase significantly at 1 h, reached a peak at 3 h (P<0.0001), began to decrease at 6 h, and returned to control level at 12 h after LPS instillation. The percentage of inflammatory cells (neutrophils and alveolar macrophages) began to change significantly at 2 h, reached a peak at 6 h, began to recover but still showed significant change at 12 h, and showed insignificant change at 24 h after LPS instillation compared with the normal control. After LPS instillation, the score of histologic lung injury index reached a maximum value at 6 h and remained steady for 24 hours. 35 kDa protein band was newly synthesized in alveolar macrophage from 1 hour on for 24 hours after LPS instillation. Inducible heat stress protein 72 was not found in any alveolar macrophages obtained from rats after LPS instillation. TNF-$\alpha$ levels in supernatants of LPS-stimulated macro phages were significantly higher than those of non-stimulated macrophages(p<0.05). Following LPS stimulation, TNF-$\alpha$ levels in supernatants were significantly lower after heat treatment than in those without heat treatment (p<0.05). The inducible heat stress protein 72 was not found at any concentrations of LPS stimulation. Whereas the 35 kDa protein band was exclusively found at dose of LPS of 10 ${\mu}g/ml$. Conclusion : TNF-$\alpha$ has a direct or indirect close relationship with lung injury severity in acute lung injury or acute respiratory distress syndrome. In vivo and in vitro LPS stimulation dose not induce heat stress protein 72 in alveolar macrophages. It is likely that 35 kDa protein, synthesized by alveolar macrophage after LPS instillation, does not have a defense role in acute lung injury.
연구배경 : 급성폐손상의 병태생리학적 기전에는 염증세포들이 분비하는 다양한 염증성 매개물질들이 매우 중요한 역할을 한다. 이중 특히 tumor necrosis factor-$\alpha$ (TNF-$\alpha$) 는 다른 염증세포들의 화학주성 및 각종 염증성 매개물질 분비에 영향을 미치는 proin-flammatory cytokine으로 작용하는 한편, 직접적으로 세포손상을 야기시키는 세포독성 cytokine으로도 작용하는데, 급성폐손상에서 TNF-$\alpha$와 폐조직 손상과의 직접적인 관련성에 대해서는 아직 구체적으로 확인된 바가 많지 않다. 또한, 최근에 생체내 방어기전으로 스트레스 단백질에 대한 관심이 높아지면서, 단핵구에 내독소를 처치하거나, 동물에 내독소를 투여하기 전에 미리 스트레스 단백질을 합성시킨 경우, 내독소에 의한 손상을 감소시켜 준다는 연구가 보고되었지만, 내독소 자극 자체만으로 스트레스 단백질 합성이 유도되는지는 아직 분명하지 않다. 이에 저자들은 내독소 유도성 급성 폐손상에서 TNF-$\alpha$ 분비와 폐조직 손상을 포함한 일련의 염증반응과의 관계를 분석하고, 생체내 내독소 자극에 대하여 폐포대식세포에서 스트레스 단백질을 포함한 새로운 단백질 합성이 유도되는지 여부를 분석하고자 하였다. 연구방법 : 흰쥐의 기관내로 내독소를 투여한 후 시간별로 기관지폐포세척액내 TNF-$\alpha$농도, 염증세포 백분율 변화, 병리조직학적 소견을 관찰하고, 또한 각 시간대의 폐포대식세포에서 sodium dodesyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis와 inducible heat stress protein72에 대한 면역화학염색을 시행하여 단백질 합성양상을 분석하는 한편, 폐포대식세포에 다양한 농도의 내독소 자극과 열처리를 가한 후, 배양상층액에서 tumor necrosis factor-a 농도를 측정하고, 폐포대식세포의 단백질 합성양상을 분석하였다. 연구결과 : 내독소 투여 후 tumor necrosis factor-$\alpha$는 첫 1시간째부터 현저하게 증가하여 (p< 0.0001) 3시간째 최고치에 이르렀고 6시간째는 감소하기 시작하여 12시간째는 정상 대조군 수준으로 감소하였다. 내독소 투여 후 염증세포 백분율의 변화는 2시간째부터 시작하여 6시간째 최고에 이르러 12시간째까지 지속하였으며, 장시간째에 정상 대조군 수준으로 회복하였다. 병리조직학적 소견상 폐손상 지표 점수는 내독소 투여후 6시간째 최고치에 이르러 24 시간째까지 지속하였다. 내독소 투여 후 분리한 폐포대식세포에서 첫 1시간째부터 장시간째까지 정상 대조군에서는 관찰할 수 없던 35kDa의 새로운 단백질 띠가 관찰되었으며, 면역화학염색상 inducible heat stress protein72는 관찰되지 않았다. 내독소 자극을 가하지 않은 정상 대조세포군에 비해 내독소 자극을 가한 세포군의 배양상층액에서 tumor necrosis factor-$\alpha$ 농도가 유의하게 높았으며 (p<0.001), 내독소 자극만 가한 세포군에 비해 열충격 전처치후 내독소 자극을 가한 세포군의 배양상층액에서 tumor necrosis factor-$\alpha$ 농도가 10 ${\mu}g/ml$ 내독소 자극군만 제외하고 모두 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 내독소 자극만 가한 세포군은 10 ${\mu}g/ml$의 고농도에서만 35 kDa 의 단백질 띠가 합성되었고 inducible heat stress protein72는 관찰되지 않았다. 열충격 전처치후 내독소 자극을 가한 세포군은 모두 inducible heat stress protein72가 관찰되었다. 결 론 : 기관내 내독소 투여에 의한 급성 폐손상에서 tumor necrosis factor-$\alpha$는 폐손상 정도와 밀접한 관련이 있다. 또한 내독소 자극에 의해서는 폐포대식세포에서 inducible heat stress protein72 합성이 유도되지 않으며, 35 kDa의 새로운 단백질 합성이 유도되었는데, tumor necrosis factor-$\alpha$ 농도 및 병리조직소견과의 관계를 볼 때, 급성 폐손상에 있어 35 kDa 단백질이 방어적인 역할을 담당하지는 않을 것으로 보이며, 이에 대해서는 향후 더 연구가 필요할 것으로 생각된다.
(Department of Internal Medicine, Division of Pulmonology, College of Medicine, the Catholic University of Korea)
;