The Role of c-Jun N-terminal Kinase in the Radiation-Induced Lung Fibrosis

방사선에 의한 폐 섬유화증에서 c-Jun N-terminal Kinase(JNK)의 역할

Background : The underlying pathogenesis of radiation-induced lung fibrosis (RTLF) has not been very well defined. However, the role of TGF-$\beta$ in the generation of RTLF has been a major focus because there is an increase in the expression of both the TGF-${\beta}m$-RNA and its protein preceding RTLF lesions. The down stream signal after a TGF-$\beta$ stimulated lung fibrosis includes the activation of many mediators such as Smad and c-Jun N-terminal kinase (JNK) through TAK1. It is we hypothesized that JNK activation may play a pivotal role in RTLF pathogenesis through increased transcription of the fibrogenic cytokines. The present study evaluates JNK activity in alveolar macrophages after irradiation and the relationship between JNK activity and the amount of collagen in the lung tissues. Methods : C57BL/6 mice(20-25 gr, males) received chlorotetracycline(2g/L) in their drinking water 1 week prior to irradiation and continuously there after. The mice were irradiated once with 1400 cGy of $60CO{\gamma}$-ray over the whole chest. The cellular composition of the whole lung bronchoalveoalr lavage fluids(BALF), elastin expression in the lung tissues, the level of hydroxyproline in lung tissues, and an in vitro JNK assay was measured before irradiation and one, four, and eight weeks after irradiation (RT). Results : The volumes of BALF retrieved from instilled 4 mL of saline with 2% heparin were 3.7-3.8 mL for each group. The cell numbers were similar before($4.1{\times}10^4{\pm}0.5{\times}10^4/mL$) and 1 week($3.1{\times}10^4{\pm}0.5{\times}10^4/mL$) after RT. At four and eight weeks after RT, the cell number reached to $14.0{\times}10^4{\pm}1.5{\times}10^4mL$ and $10.0{\times}10^4{\pm}1.3{\times}10^4/mL$, respectively. There we no changes in the lymphocytes and neutrophils population observed in the BALF after RT. The H-E stain of the lung tissues did not show any structural and fibrotic change in the lung tissues at 4 and 8 weeks after RT. In addition, the amount of elastin and collagen were not different on Verhoeff staining of the lung tissues before RT to eight weeks after RT. The hydroxyproine content was measured with the left lung dissected from the left main bronchus. The lung were homogenized and hydrolyzed with 6 N Hel for 12 hours at $110^{\circ}C$ then measured as previously described. The content of hydroxyproline, standardized with a lung protein concentration, reached a peak 4 weeks after RT, and thereafter showed a plateau. AnIn vitro JNK assay using c-$Jun_{1-79}$-GST sepharose beads were performed with the alveolar macrophages obtained from the BAL. JNK activity was not detected prior to RT, However, the JNK activity increased from one week after RT and reached a peak four weeks after RT. Conclusion : JNK may be involved in the pathogenesis because the JNK activity showed similar pattern observed with the hydroxyproine content. However, it is necessary to clarify that the JNK increases the transcription of fibrogenic cyiokines through the transcription factor.

서 론 : 폐암의 치료에 사용되는 방사선 조사는 흉곽 및 여러장기에 다양한 합병증을 발생시키며, 특히 방사선 섬유화증과 방사선 폐렴을 일으킨다. 방사선 조사의 초기 효과는 보통 염증 세포들의 침윤, 간질 및 폐포 부종, 상피세포의 탈락에 의한 방사선 폐렴이며 후기 효과는 방사선 섬유화증을 초래한다. 방사선 조사는 폐장의 염증 세포에서 TGF-beta의 단백 합성 및 활성도를 증가시키고, 생체외 실험에서 TGF-beta는 mitogen activated protein kinases(MAPKs)를 활성화시킨다는 것이 알려져 있다. c-Jun N-terminal kinase(JNK)는 MAPKs중의 하나로 핵단백질인 c-Jun을 인산화(phosphorylation) 시켜 전사(transcription)를 증가시키는데 생체외 실험에서 자외선 조사후 대식 세포에서 JNK의 활성이 증가되는 것으로 알려져 있다. 하지만 현재 까지 생체내에서 JNK가 방사선 조사에 의해 활성화되는지 그리고 이들 활성화가 방사선 섬유화증의 병인에 관계하는 지는 알려진 바 없다. 본 연구는 흉부에 방사선을 조사한 백서를 이용하여 방사선 섬유화증의 병인에 JNK가 신호 전달 체계에서 주요한 역할을 담당하는 지를 알아보고자 시행하였다. 대상 및 방법 : C57BL/6 백서의 전 흉부에 14 Gy의 $^{60}CO{\gamma}$-ray를 조사한 후 일정한 간격(1주, 4주, 8주)으로 폐장의 세포 분석을 위한 기관지 폐포 세척술, elastin의 합성 정도를 측정하기 위한 Verhoeff stain, collagen 합성 양을 알기 위한 hydroxyproline의 측정, JNK 활성도를 알기 위한 in vitro JNK assay를 시행하였다. 결 과 : 폐장의 기관지 폐포 세척 소견상 총세포수는 방사선 조사 4주, 8주후에 증가하는 소견을 보였다. 세포의 감별 분석상 림프구는 4주후 증가되는 경향을 보였다. Verhoeff 염색상 폐포 조직의 특이 변화 소견은 없었으며 hydroxyproline의 양은 방사선 조사전에 비해 4주, 8주후에 증가하는 소견을 보였다. 방사선 조사 후 시간이 경과함에 따라 4주 후에 c-Jun N-terminal kinase(JNK)의 활성도가 가장 높았으며 8주 후에는 4주 후와 비슷한 활성도를 보였다. 결 론 : 흉곽에 방사선 조사 후 hydroxyproline양의 증가와 함께 JNK 활성도의 증가 소견을 보여 방사선 폐섬유화증의 병인에 JNK가 관여될 것으로 사료된다.