The Effect of Glucocorticoid on the Change of Nitric Oxide and Cytokine Levels in Induced Sputum from Patients with Bronchial Asthma

기관지 천식 환자에서 부신피질 스테로이드 투여 전후 유도객담내 Nitric Oxide 및 Cytokine의 변화

Background : It has been well known that bronchia1 asthma is a chronic airway inflammatory disorder. Recently, sputum induced with hypertonic saline was introduced as a simple and useful nonivasive medium to investigate airway inflammation and symptom severity in patients with asthma. We examined the eosinophil, eosinophil cationic protein (ECP), interleukin(IL)-3, IL-5, granulocyte-macrophage colony-stimulating facta (GM-CSF), and nitric oxide (NO) derivatives in induced sputum from patients with bronchia1 asthma in order to determine the role of NO and various inflammatory cytokines as a useful markers of airway inflammation or changes in pulmonary function tests and symptoms. Methods : A total 30 patients with bronchia1 asthma received oral prednisolone 30 mg daily for 2 weeks. Forced expiratory volume in one second ($FEV_1$), total blood eosinophil count and induced sputum eosinophil count, ECP, IL-3, IL-5, GM-CSF, and NO derivatives were determined before and after the administration of prednisolone. Results : Of the 30 patients, 13 (43.3%) were male and 17 (56.7%) were female. The mean age of patients was 41.8 years (range 19-64 years). Two patients could not produce sputum at the second study and 3 could not be followed up after their first visit. Two weeks after the prednisolone administration, there was a significant increase in $FEV_1$ (% of predicted value) from 78.1$\pm$20.6 % to 90.3$\pm$ 18.3 % (P<0.001). The eosinophil percentages in induced sputum were significantly decreased after treatment with prednisolone, with values of 56.1$\pm$27.2 % versus 29.6$\pm$21.3 % (P<0.001), and ECP were $134.5\pm68.1\;{\mu}g/L$ versus $41.5\pm42.4\;{\mu}g/L$ (P<0.001) respectively. After the prednisolone treatments, the eotaxin concentration also showed a decreasing tendency from 26.7$\pm$12.8 pg/ml to 21.7$\pm$8.7 pg/ml. There was a decreasing tendency but no significant differences in total blood eosinophil count (425.7$\pm$265.9 vs 287.7$\pm$294.7) and in the concentration of NO derivatives ($70.4\pm44.6{\mu}mol/L$ vs $91.5\pm48.3\;{\mu}mol/L$) after the prednisolone treatments. IL-3, IL-5, GM-CSF were undetectable in the sputum of most subjects either before the prednisolone treatments or after the treatments. Before the prednisolone treatments, a significant inverse correlation was observed between FEV1 and sputum ECP (r=-D.364, P<0.05) and there was a significant correlation between sputum eosinophils and eotaxin (r=0.369, P<0.05) Conclusion : The eotaxin and ECP concentration in induced sputum may be used as markers of airway inflammation after treatments in bronchia1 asthma. In addition, the measurement of sputum eosinophil percent ages is believed to be a simple method displaying the degree of airway inflammation and airway obstruction before and after the prednisolone treatment in bronchia1 asthma. However, unlike exhaled NO, the examination of NO derivatives with Griess reaction in induced sputum is considered an ineffective marker of changing airway inflammation and obstructing symptoms.

배경 및 목적 : 기관지천식의 중요한 특징적인 병인인 기도의 만성염증 상태와 증상의 변화를 판단하는 객관적인 지표로서 여러 가지 방법이 시도되고 있는데 최근에는 비침습적이고 비교적 간단한 유도객담 검사로 침습적인 기관지 조직 검사나 기관지폐포세척술을 대신하려는 경향이 있다. 저자들은 기관지천식 환자의 유도객담에서 호산구, eosinophil cationic protein(ECP), interleukin(IL)-3, IL-5, granulocyte-macrophage colony-stimulating factor(GM-CSF), 그리고, nitric oxide(NO)의 유도체를 측정하고, 객담내 NO 및 호산구와 관계가 있다고 알려진 cytokine들의 농도가 증상 및 기도의 염증상태를 반영하는 지표로서 이용될 수 있는지를 알아보고자 하였다. 방법 : 기관지천식 환자 30명을 대상으로 2주간 경구용 프레드니솔론 30mg을 투여하고, 약제 투여 전후로 1초간 노력성 호기량($FEV_1$과 혈중 총 호산구수, 그리고 유도객담 검사를 시행하여 객담내 호산구 비율과 ECP, IL-3, IL-5, GM-CSF, 그리고, NO 유도체를 측정하였다. 결과 : 대상환자중 남자는 13a여(43.3%), 여자는 17명(56.7%)이었고 연령분포는 19세부터 64세까지였으며 평균연령은 41.8세였다. 30명중 2명은 두 번째 검사시 객담이 채취되지 않았고, 3명은 두 번째 방문을 하지 않았다. 프레드니솔론 투여후 평균 1초당 노력성 호기량(% of predicted value)은 78.1$\pm$27.2%에서 90.3$\pm$18.3%로 개선되었고(P<0.001), 유도객담내 평균 호산구비율은 56.1$\pm$27.2%에서 29.6$\pm$21.3%로 (P<0.001), 객담내 평균 ECP 농도는 $134.5\pm68.1{\mu}\;g/L$에서 $41.5\pm42.4\;{\mu}g/L$로 유의하게 감소하였고(P<0.001), 평균 혈중 총 호산구수는 425.7$\pm$265.9에서 287.7$\pm$294.7로 감소하는 경향을 보였지만 통계적으로 유의하지 않았다. 유도객담내 NO 유도체의 평균 농도는 프레드니솔론 투여 전호로 유의한 차이가 없었으며($70.4\pm44.6\;{\mu}mol/L$ vs $91.5\pm48.3\;{\mu}mol/L$) 평균 eotaxin 농도는 27.7$\pm$12.8 pg/ml에서 21.7$\pm$8.7 pg/ml로 감소하는 경향을 보였다. IL-3, IL-5, CSF는 대부분의 경우에서 측정되지 않았다. 치료전의 1초당 노력성 호기량과 객담내 ECP의 농도 사이에 의미있는 역상관관계가 있었고(r=0.369, P<0.05). 결론 : 유도객담내에서 측정 가능한 여러 인자중 eotaxin 및 ECP가 치료에 따른 기도염증 상태의 변화를 반영하는 지표로 이용될수 있을 것으로 생각된다. 그 외 유도객담내 호산구비율 측정도 치료에 따른 증상이나 염증의 변화를 손쉽게 관찰할수 있는 간단한 방법으로 생각되지만 유도객담에서 Griess reagent를 이용한 NO 유도체의 측정은 기관지천식의 증상이나 염증상태의 변화를 반영하는 지표로서 유용하지 않을 것으로 생각된다.