Abstract
Background: Nitric oxide is a short-lived effector molecule derived from L-arginine by the nitric oxide synthase(NOS). Nitric oxide plays a role in a number of physiologic and pathophysiologic functions including host defense, edema formation, and regulation of smooth muscle tone. Some kinds of cells including macrophage are known to produce large quantities of nitric oxide in response to inflammatory stimuli such as interleukin-$1\beta$(IL-$1\beta$), tumor necrosis factor-$\alpha$(TNF-$\alpha$), interferon-$\gamma$(IFN-$\gamma$) and lipopolysaccharide(LPS). Reactive oxygen species are also known to be important in the pathogenesis of acute cell and tissue injury such as acute lung injury model Methods: Using the RA W264.7 cells, we have examined the ability of oxidant hydrogen peroxide($H_2O_2$) to stimulate nitric oxide production and inducible NOS mRNA expression. Also, we have examined the effects of NOS inhibitors and antioxidants on $H_2O_2$ induced nitric oxide production. Results: Stimulation of RAW264.7 cells with combinations of 100 ng/ml IL-$1\beta$, 100 ng/ml TNF-$\alpha$, and 100 U/ml IFN-$\gamma$ or 100 U/ml IFN-$\gamma$ and $1{\mu}g/ml$ LPS induced the synthesis of nitric oxide as measured by the oxidation products nitrite($NO_2^-$) and nitrate($NO_3^-$). Addition of $250 {\mu}M-2$ mM $H_2O_2$ to the cytokines significantly augmented the synthesis of $NO_2^-$ and $NO_3^-$(p<0.05). When cells were incubated with increasing concentrations of $H_2O_2$ in the presence of IL-$1\beta$, TNF-$\alpha$ and IFN-$\gamma$ at constant level, the synthesis of $NO_2^-$ and $NO_3^-$ was dose-dependently increased(p<0.05). $N^G$-nitro-L-arginine methyl ester(L-NAME), dose dependently, significantly inhibited the formation of $NO_2^-$ and $NO_3^-$ in cells stimulated with LPS, IFN-$\gamma$ and $H_2O_2$ at constant level(p<0.05). Catalase significantly inhibited the $H_2O_2$-induced augmentation of cytokine-induced $NO_2^-$ and $NO_3^-$ formation(p<0.05). But, boiled catalase did not produce a significant inhibition in comparison with the native enzyme. Another antioxidant 2-mercaptoethanol and orthophenanthroline dose-dependently suppressed $NO_2^-$ and $NO_3^-$ synthesis(p<0.05). Northern blotting demonstrated that H:02 synergistically stimulated the cytokine-induced iNOS mRNA expression in RA W264.7. Conclusion: These results suggest that $H_2O_2$ contributes to inflammatory process by augmenting the iNOS expression and nitric oxide synthesis induced by cytokines.
연구배경: 산화질소(${\cdot}NO$)는 여러 세포에서 산화질소 합성효소(NOS)에 의해서 생산되며 다양한 병태생리과정에 관여한다. 여러 cytokine들이 iNOS의 발현을 촉진시키고 산화질소 생산을 증가시킴으로써 염증반응을 증폭시키고 세포와 조직손상을 초래한다고 알려진 바, 과산화수소($H_2O_2$)가 세포내 NOS의 발현과 산화질소형성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 방법: 마우스 대식세포주 RAW264.7에 여러 가지 cytokine과 세균 내독소 (LPS)로 자극을 준 세포군 이에 더하여 $H_2O_2$, NOS 억제제 (L-NAME) 및 항산화제 (catalase)등을 사용하여 세포를 자극한 후 생성된 산화질소 산화물의 농도를 측정하고 Northern analysis로 iNOS mRNA의 발현정도를 보아 다음과 같은 성적을 얻었다. 결과: Cytokine과 LPS 자극군에서 대조군보다 ${\cdot}NO$ 생산이 높았고, 이 자극군에 $H_2O_2$를 추가로 자극하였을 때 ${\cdot}NO$생산이 2 배 이상 유의하게 높았다. Cytokine 자극군에서 $H_2O_2$의 자극 농도에 따른 ${\cdot}NO$생산은 $H_2O_2$의 농도가 증가할수록 유의하게 증가하였다. LPS와 IFN-$\gamma$ 자극군에서 L-NAME을 같이 자극시에 ${\cdot}NO$의 양은 L-NAME의 농도증가에 따라 유의하게 감소하였고, Cytokine 및 $H_2O_2$자극군에서도 추가로 자극한 L-NAME 의 농도증가에 따라 ${\cdot}NO$의 양은 유의하게 감소하였다. Cytokine과 $H_2O_2$ 자극균에 catalase를 같이 자극 하였을 때 ${\cdot}NO$의 양은 유의하게 감소했고, Mercaptoethanol과 phenanthroline을 전처치하고 LPS와 IFN-$\gamma$ 및 $H_2O_2$로 자극한 군에서 이들의 전처치한 농도가 높을수록 ${\cdot}NO$의 양은 유의하게 Cytokine자극군과 IFN-$\gamma$, LPS 자극군에 $H_2O_2$를 추가 자극 후 Northern analysis 결과 $H_2O_2$는 iNOS mRNA 발현을 현저히 증가시켰다. 결론: 이상의 결과로 과산화수소가 cytokine과 내독소 등으로 자극된 마우스 대식세포에서 산화질소생산에 유의한 증폭효과를 나타냈고, iNOS mRNA 의 발현도 증가시켰음을 확인할 수 있었다.