The objective of the present study was to test the effect of platelet-activating factor (PAF) on rat alveolar macrophages. PAF alone did not stimulate superoxide secretion from alveolar macrophages. However, PAF $(10^{-5}\;M)$ significantly enhanced phagocytic activator zymosan-induced superoxide secretion from alveolar macrophages. This enhancement of PAF plus zymosan was 30% above the sum of the separate effects of PAF and zymosan. Similarly, PAF $1.3{\times}(10^{-5}\;M)$ was not a direct stimulant of alveolar macrophages, as it had no stimulatory effect on chemiluminescence generation, but potentiated zymosan-induced activation of chemiluminescence, i.e., 162% above the separate effects of each stimulant. PAF $10^{-16}{\pm}10^{-6}\;M$ also failed to stimulate IL-1 production from alveolar macrophages. In contrast, when both PAF $10^{-10}\;M$ and lipopolysaccharide(LPS) $(1 {\mu}g/ml)$ were added together at the initiation of the culture, IL-1 production was significantly increased indicating the potentiative effects of PAF on IL-1 production by alveolar macrophages. Collectively, these data suggest that PAF alone does not activate the release of bioactive products from alveolar macrophages. However, PAF appears to act as a priming mediator that potentiates stimuli-induced macrophage activity. These novel actions of PAF prove its role as a potent mediator of inflammatory and immune responses in the lung.
Alveolar macrophages play a pivotal role in the pathogenesis of silicosis since the macrophages may release a wide variety of toxic and inflammatory mediators as well as mitogenic growth factors. In the present study, the effects of in vitro exposure to silica on release of various mediator such as reactive oxygen species, platelet activating factor(PAF), and interleukin-1 (IL-1) by alveolar macrophages were examined. First, hydrogen peroxide release from alveolar macrophages was monitored by measuring the change in fluorescence of scopoletin in the absence or presence of graded concentration of silica. Significantly enhanced release of hydrogen peroxide was observed at 0.5 mg/ml and above. A maximal enhancement of 10 fold above control was observed at 5 mg/ml silica. Similarly, in vitro exposure to silica also significantly stimulated the generation of chemiluminescence from alveolar macrophages at 0.5 mg/ml and above with n maximal enhancement of 8 fold at 5 mg/ml silica. Second, PAF release from alveolar macrophages after 30 min incubation at $37^{\circ}C$ in absence or presence of zymosan and silica was determined by measuring $^{3}H-serotonin$ release ability of the conditioned macrophage supernates from platelets. 5 mg/ml zymosan as a positive control fur the PAF assay increased PAF release by 19 % of total serotonin release. Furthermore, silica also resulted in significant enhancement of the PAF release compared with that in unstimulated (control) cells, i.e., $17.7{\pm}5.8%$ and $24.0{\pm}4.9%$ of total serotonin release at 5 mg/ml and 10 mg/ml silica, respectively, which represents the release of nanomole levels of PAF. Lastly, IL-1 production by alveolar macrophages was analysed following their stimulation with lipopolysaccharide (LPS) and silica by their capacity to stimulate thymocyte proliferation. $10\;{\mu}g/ml$ LPS resulted in an 11 fold increase in IL-1 production. In comparison, $50\;{\mu}g/ml$ silica resulted in a 4 fold increase in IL-1 release. These data indicate that in vitro exposure of alveolar macrophages to silica activates the release of various bioactive mediators such as reactive oxygen species, PAF and IL-1 which thus contribute to amplification of inflammatory reactions and regulation of fibrotic responses by the lung after inhalation of silica.
These experiment was carried out to investigate the pulmonary lesions and the function of alveolar macrophages in rats exposed to cement dusts. 1. The number of total cells in bronchoalveolar lavage fluid(BAL) increased remarkably in 1st month. As time goes by, tend to less and less in numbers. 2. The number of neutrophil and lymphocytes obtaining from the total cell of BAL increased remarkably in first month, but as time goes by, they tended to grow less and less in number. Macrophages decreased gradually after being temporarily augmentation. 3. Histipathologically, the thickening of alveolar walls, alveolar interstitial, and infiltrated macrophages containing cement dusts.
Kim, Keon-Youl;Lee, Kye-Young;Hyun, In-Kyu;Kim, Young-Whan;Han, Sung-Koo;Shim, Young-Soo;Han, Yong-Chol
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.39
no.6
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pp.526-535
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1992
Background: The oxygen radicals released by alveolar macrophages contribute to killing of microorganisms including M. tuberculosis. Macrophages are "primrd" for enhanced oxygen radical release by macrophage activator like IFN-$\gamma$ and LPS, which do not themselves cause release of oxygen radicals. Actural production of oxygen radicals is "triggered" by phagocytosis or by exposure to chemical stimuli like PMA or FMLP. There has been debates about the priming effect of alveolar macro phages because they are exposed to usual environmental particles unlike blood monocytes. Therefore we examined priming effect of IFN-$\gamma$ in human alveolar macrophages comparing with that in blood monocytes and rat alveolar macrophages. And we observed the alterations of superoxide production in both human and rat alveolar macrophages after exposure to M. tuberculosis H37Ra bacilli itself and its lysate. Methods: Bronchoalveolar lavage fluid was processed to isolate alveolar macrophages by adherence and the adherent cells were removed by cold shock method. After exposure to M. tuberculosis H37Ra strain, alveolar macrophages were incubated for 24 hours with IFN-$\gamma$. The amount of superoxide production stimulated with PMA was measured by ferricytochrome C reduction method. Results: 1) The priming effect in human alveolar macrophages was not observed even with high concentration of IFN-$\gamma$ while it was observed in blood monocytes and rat alveolar macrophages. 2) Both human and rat alveolar macrophages exposed to avirulent H37Ra strain showed triggering of superoxide release and similar results were shown with the exposure to H37Ra lysate. Conclusion: The priming effect in human alveolar macrophages is not observed because of its usual exposure to environmental particles and avirulent H37Ra strain does not inhibit the activation of alveolar macrophages.
Platelet-activating factor(PAF) enhanced interleukin-1(IL-1) activity by the interaction with a specific receptor in rat alveolar macrophages. In this study, we investigated the role of endogenous arachidonate metabolites and intracellular calcium mobilization in the PAF-induced IL-1 activity. Alveolar macrophages were preincubated with 5-lipoxygenase and cyclooxygenase inhibitors 30 min before the addition of PAF and lipopolysaccharide(LPS). After 24h culture, IL-1 activity was measured in the supernate of sample using the thymocyte proliferation assay. Inhibition of 5-lipoxygenase by nordihydroguaiaretic acid and AA-861 completely blocked the PAF-induced enhancement of IL-1 activity with $IC_{50}\;of\;2\;{\mu}M\;and\;5\;{\mu}M$, respectively. In contrast, the inhibition of cyclooxygenase pathway by indomethacin and ibuprofen resulted in the potentiation in PAF-induced IL-1 activity with maximal effect at $1\;{\mu}M\;and\;5\;{\mu}M$, respectively. In addition, leukotriene $B_4$ and prostaglandin $E_2$ production were observed in PAF-stimulated alveolar macrophage culture. As could be expected, 5-lipoxygenase and cyclooxygenase inhibitors abolished PAF- stimulated leukotriene $B_4$ and prostaglandin $E_2$ production, respectively. The effects of PAF on intracellular calcium mobilization in alveolar macrophages were evaluated using the calcium-sensitive dye fura-2 at the single cell level. PAF at any dose between $10^{-16}\;and\;10^{-8}$ M did not increase intracellular calcium. Furthermore, there was no effective change of intracellular calcium level when PAF was added to alveolar macrophages in the presence of LPS or LPS+LTB4, and 4, 24 and 48h after treatment of these stimulants. Together, the results indicate that IL-1 activity induced by PAF is differently regulated through subsequent induction of endogenous 5-lipoxygenase and cyclooxygenase pathways, but not dependent on calcium signalling pathway.
Kim, Hyungkuen;Jeon, Eek Hyung;Park, Byung-Chul;Kim, Sung-Jo
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.32
no.11
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pp.1789-1800
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2019
Objective: Although alveolar macrophages play a key role in the respiratory immunity of livestock, studies on the mechanism of differentiation and survival of alveolar macrophages are lacking. Therefore, we undertook to investigate changes in the lipid metabolism and survival rate, using 3D4/31 macrophages and Dudleya brittonii which has been used as a traditional asthma treatment. Methods: 3D4/31 macrophages were used as the in vitro porcine alveolar macrophages model. The cells were activated by exposure to phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA). Dudleya brittonii extraction was performed with distilled water. For evaluating the cell survival rate, we performed the water-soluble tetrazolium salt cell viability assay and growth curve analysis. To confirm cell death, cell cycle and intracellular reactive oxygen species (ROS) levels were measured using flow cytometric analysis by applying fluorescence dye dichlorofluorescein diacetate and propidium iodide. Furthermore, we also evaluated cellular lipid accumulation with oil red O staining, and fatty acid synthesis related genes expression levels using quantitative polymerase chain reaction (qPCR) with SYBR green dye. Glycolysis, fatty acid oxidation, and tricarboxylic acid (TCA) cycle related gene expression levels were measured using qPCR after exposure to Dudleya brittonii extract (DB) for 12 h. Results: The ROS production and cell death were induced by PMA treatment, and exposure to DB reduced the PMA induced downregulation of cell survival. The PMA and DB treatments upregulated the lipid accumulation, with corresponding increase in the acetyl-CoA carboxylase alpha, fatty acid synthase mRNA expressions. DB-PMA co-treatment reduced the glycolysis genes expression, but increased the expressions of fatty acid oxidation and TCA cycle genes. Conclusion: This study provides new insights and directions for further research relating to the immunity of porcine respiratory system, by employing a model based on alveolar macrophages and natural materials.
Background : Neutrophils or monocytes separated in vitro by the adherence to plastic surface are known to be activated by surface adherence itself and subsequent experimental data might be altered by surface adherence. In the process of surface adherence, adhesion molecules have a clear role in intracellular signal pathway of cellular activation. Human alveolar macrophages(HAM) are frequently purified by the adherence procedure after bronchoalveolar lavage. But the experimental data of many reports about alveolar macrophages have ignored the possibility of adhesion-induced cellular activation. Method : Bronchoalveolar lavage was performed in the person whose lung of either side was confirmed to be normal by chest CT. With the measurement of hydrogen peroxide release from adherent HAM to plastic surface and non-adherent HAM with or without additional stimulation of phorbol myristate acetate(PMA) or N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP), we observed the effect of the adherence to plastic surface. We also evaluated the effect of various biological surfaces on adhesion-induced activation of HAM. Then, to define the intracellular pathway of signal transduction, pretreatment with cycloheximide, pertussis toxin and anti-CD11/CD18 monoclonal antibody was done and we measured hydrogen peroxide in the culture supernatant of HAM. Results : 1) The adherence itself to plastic surface directly stimulated hydrogen peroxide release from human alveolar macrophages and chemical stimuli such as phorbol myristate acetate(PMA) or N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine(fMLP) colud not increase hydrogen peroxide release in these adherent macrophages which is already activated. 2) PMA activated human alveolar macrophages irrespective of the state of adhesion. However, fMLP stimulated the release of hydrogen peroxide from the adherent macrophages, but not from the non-adherent macrophages. 3) HAM adherent to A549 cell(type II alveolar epithelium-like human cell line) monolayer released more hydrogen peroxide in response to both PMA and fMLP. This adherence-dependent effect of fMLP was blocked by pretreatment of macrophages with cycloheximide, pertussis toxin and anti-CD18 monoclonal antibody, Conclusion : These results suggest that the stimulatory effect of PMA and fMLP can not be found in adherent macrophage because of the activation of human alveolar macrophage by the adherence to plastic surface and the cells adhered to biologic surface such as alveolar epithelial cells are appropriately responsive to these stimuli. It is also likely that the effect of fMLP on the adherent macrophage requires new protein synthesis via G protein pathway and is dependent on the adhesion between alveolar macrophages and alveolar epithelial cells by virtue of CD11/CD18 adhesion molecules.
Macrophages residing in various tissue types are unique in terms of their anatomical locations, ontogenies, developmental pathways, gene expression patterns, and immunological functions. Alveolar macrophages (AMs) reside in the alveolar lumen of the lungs and serve as the first line of defense for the respiratory tract. The immunological functions of AMs are implicated in the pathogenesis of various pulmonary diseases such as allergic asthma, chronic obstructive pulmonary disorder (COPD), pulmonary alveolar proteinosis (PAP), viral infection, and bacterial infection. Thus, the molecular mechanisms driving the development and function of AMs have been extensively investigated. In this review article, we discuss the roles of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) and transforming growth factor (TGF)-β in AM development, and provide an overview of the anti-inflammatory and pro-inflammatory functions of AMs in various contexts. Notably, we examine the relationships between the metabolic status of AMs and their development processes and functions. We hope that this review will provide new information and insight into AM development and function.
Stimulated alveolar macrophages and neutrophils produce nitric oxide, a free radical by an inducible nitric oxide synthase(iNOS), which reacts with superoxide anion to form peroxynitrite, a more highly reactive toxic species. The objectives of the present study were to evaluate acute inflammatory lung injury and to determine iNOS mRNA induction and nitric oxide production by rat broncho-alveolar lavage cells following intratracheal treatment of silica. After 4 h exposure to silica, differential counts of broncho-alveolar lavage cells and lactate dehydrogenase(LDH) activity as well as total protein in the broncho-alveolar lavage fluid were determined. Broncho-alveolar lavage cells were also assayed for iNOS mRNA and the productions of nitrite and nitrate measured in the cells cultured. Differential analysis of broncho-alveolar lavage cells showed that the number of alveolar macrophages slightly decreased following silica treatment; however, red blood cells, lymphocytes, and neutrophils significantly were increased by 9-, 14-, and 119-fold following silica treatment, respectively, compared with the saline control. It was also found significant increases in the LDH activity and total protein in the lavage fluid obtained from silica-treated rats, indicating silica-induced acute lung injury. Northern blot analysis demonstrated that the steady state levels of iNOS mRNA in broncho-alveolar lavage cells were increased following silica treatment. The productions of nitrite and nitrate in the cultured cells were significantly increased by 2-fold following silica treatment, respectively, which were attenuated by the NOS inhibitor $N{\omega}-nitro-L-arginine-methyl$ ester(L-NAME) and partially reversed by L-arginine. These findings suggest that nitric oxide production in alveolar macrophages and recruited neutrophils is increased in response to silica. Nitric oxide may contribute in part to acute inflammatory lung injury.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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