Abstract
Backgrounds : The pathophysiology of chronic airflow obstruction, such as bronchial asthma, is characterized by mucus hypersecretion, goblet cell hyperplasia(GCH), smooth muscle hypertrophy, and inflammatory cells infiltration. In fatal asthma patients, one distinct findings is mucus hypersecretion due to GCH. However, the mechanisms of GCH in these hypersecretory diseases remain still unknown. In this study, a rat model was rapidly induced with GCH by instillation of $TiO_2$, intratracheally. We intend to confirm GCH and association of concomitant inflammatory cells infiltration and to observe the effect of potent antiinflammatory agent, that is dexamethasone, on GCH with inflammatory cells. Methods : Twenty-one 8-weeks-old male Sprague-Dawley rats were divided into three groups. Endotoxinfree water was instilled intratracheally in group 1(control) ; $TiO_2$, was instilled in the group 2 ; and dexamethasone was injected intraperitoneally to group 3 before $TiO_2$ instillation. After 120 hours, all rats were sacrificed, and trachea, bronchi, and lungs were resected respectively. These tissues were made as paraffin blocks and stained as PAS for goblet cells and Luna stain for eosinophils. We calculated the ratio of goblet cell to respiratory epithelium and number of infiltrated eosinophils from each tissue. Results : (1) Fraction of goblet cells was significantly increased in group 2 than in group 1 in the trachea and in the main bronchus. (10.19$\pm$11.33% vs 4.09$\pm$8.28%, p<0.01 and 34.09$\pm$23.91% vs 3.61$\pm$4.84%, p<0.01, respectively). (2) Eosinophils were significantly increased in the airway of group 2 than that of group 1. (5.43$\pm$3.84% vs 0.17$\pm$0.47 in trachea and 47.71$\pm$16.91 vs 2.71$\pm$1.96 in main bronchi). (3) There was a positive correlation between goblet cells and eosinophils(r=0.719, p=0.001). (4) There was significant difference in the decrease of goblet cells after dexamethasone injection between group 2 and group 3 (p<0.01). Also, infiltration of eosinophils was suppressed by dexamethasone. Conclusion : We made an animal model of $TiO_2$-induced goblet cell hyperplasia. GCH was observed mainly in the main bronchi with concomitant eosinophilic infiltration. Both goblet cell hyperplasia and eosinophilic infiltration were suppressed by dexamethasone. This animal model may serve as a useful tool in understanding of the mechanism of GCH in chronic airway diseases.
연구배경 : 기관지 천식등과 같은 만성 기도질환의 병태생리는 점액의 과분비, 배상세포의 과형성, 평활근의 비후와 호산구등의 염증세포의 침윤등으로 설명되고 있다. 배상세포의 증식에 대한 생화학적 기전은 이러한 양상을 만드는데 필요한 시간이 길고, 기도염증과 연관된 매우 복잡함 때문에 아직 잘 알려지지 않고 있다. 이에 본 저자들은 배상세포증식과 기도염증의 상관성을 알고자 그 첫 단계로 백서의 기관을 통한 $TiO_2$의 주입으로 단시간 내에 형성되는 배상세포증식의 동물 모형을 만들어 기도내 주로 어느 부위에서 배상세포의 과형성이 나타나는지 관찰하고 염증세포의 침윤 여부 및 dexamethasone 이 과형성된 배상세포 및 침윤된 염증세포에 대해 영향을 평가해 보고자 하였다. 방법 : 8주된 21마리의 수컷 Sprague-Dawley를 세 군으로 나누어서 첫 번째 군(group 1) 은 endotoxin-free water를 기관내 주입하고 두 번째 군(group 2)은 $TiO_2$를 주입을 하고 세 번째 군(group 3)은 $TiO_2$를 주입하고 dexamethasone을 $TiO_2$ 투여전날부터 희생전날까지 투여하였다. 흰쥐를 희생시켜 기관, 기관지와 폐 부위를 각각 절제하여 paraffin bloc을 만든 후 $4{\mu}m$의 section을 하여 PAS 염색한 후 각 부위에서의 상피세포에 대한 배상세포의 비를 구하여 각 군별로 비교하였고, Luna 염색으로 호산구의 침윤을 비교하였다. 결과 : 1. 기관에서의 배상세포의 비의 평균은 1군에서는 4.09$\pm$8.28%, 2군은 10.19$\pm$11.33%로 $TiO_2$를 주입한 2군에서 배상세포의 과형성을 관찰할 수 있었다 (P<0.01). 2. 주 기관지에서의 배상세포의 비의 평균은 1군에서 3.61$\pm$4.84%, 2군에서는 34.09$\pm$23.91%로 $TiO_2$를 주입한 2군에서 배상세포의 과형성을 관찰 할 수 있었다(P<0.01). 3. 세기관지 부위에서의 배상세포의 양성 incidence와 severity (R$\times$S)로 표시를 하였으며 이는 각각 1 군은 0, 2군은 0.3 이었다. 4. 침윤된 호산구는 1군(1.99$\pm$3.84%)에서보다 2군 (21.43$\pm$23.85%)에서 유의하게 증가되었다(p<0.05). 5. 1군, 2군, 3군의 주기관지내에서 배상세포의 과형성과 호산구 침윤간에는 의미있는 상관관계를 보였다(p=0.001). 6. dexamethasone이 배상세포의 과형성과 호산구의 침윤을 억제함을 관찰하였다. 결론 : 백서에서 $TiO_2$로 처치시 기도에서 배상세포의 과형성이 5일내에 주로 주 기관지에서 발생하였으며 호산구 침윤이 동반하는 배상세포 증식의 동물 모형이 만들어졌다. 배상세포의 과형성은 염증과 동반되며 dexamethasone 투여시 억제되므로, 배상세포의 증식기전 에서 기도내 염증과정이 주요한 역할을 하는 것으로 생각된다. 향 후 이러한 동물 모형은 배상세포 증식의 기전을 이해하는데 유용한 도구가 될 것으로 사료된다.
(Department of Internal Medicine, College of Medicine, Soonchunhyang University)