In this study, we intended to get a preliminary data for establishing rat tracheal surface epithelial(RTSE) cell culture system as an experimental model for physiology and pharmacology of tracheal epithelial cells. Primary culture on the membrane support and application of the air-liquid interface system at the level of cell layer were performed. The cell growth rate and mucin production rate were measured according to the days in culture. The results were as follows: this culture system was found to manifest mucocilliary differentiation of rat tracheal epithelial cells, the cells were confluent and the quantity of produced and released mucin was highest on culture day 9, the mucin was mainly released to the apical side and tbe free $^3{H}$-glucosamine which was not incorporated to process of synthesis of mucin was left on the basolateral side. Taken together, we suggest that air-liquid interface culture system can be used as a substitute for immersion culture system and as an experimental model for in vivo mucus-hypersecretory diseases.
Hypersecretion of pulmonary mucus is a major pathophysiological feature in allergic and inflammatory respiratory diseases including asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Overproduction and/or oversecretion of mucus cause the airway obstruction and the colonization of pathogenic microbes. Developing a novel pharmacological agent to regulate the production and/or secretion of pulmonary mucus can be a useful strategy for the effective management of pathologic hypersecretion of mucus observed in COPD and asthma. Thus, in the present review, we tried to give an overview of the conventional pharmacotherapy for mucus-hypersecretory diseases and recent research results on searching for the novel candidate agents for controlling of pulmonary mucus hypersecretion, aiming to shed light on the potential efficacious pharmacotherapy of mucus-hypersecretory diseases.
Background : Mucin synthesis in airways has been reported to be regulated by the epidermal growth factor receptor (EGFR) system. Epidermal growth factor receptor transactivation was identified as a critical element in G-protein-coupled receptors (GPCRs)-induced mitogenic signaling. EGF receptor transactivation by G-protein-coupled receptors requires metalloproteinase cleavage of proHB-EGF. This study was hypothesized that lipopolysaccharide (LPS)-induced mucin production associates with epidermal growth factor receptor transactivation, and MUC5AC production associates with epidermal growth factor receptor transactivation by G-protein-coupled receptors that regulates by metalloproteinase. Method : MUC5AC mucin production was examined in NCI-H292 cells and MUC5AC protein synthesis was assessed using ELISA. For the evaluation of mechanism of LPS-induced MUC5AC production, $TNF{\alpha}$ was measured using ELISA with or without pretreatment of heterotrimeric G-protein inhibitor, mastoparan. MUC5AC protein was measure with pretreatment of polyclonal $TNF{\alpha}$ antibody or mastoparan on LPS-induced MUC5AC production. For the evaluation of relation of G-protein and MUC5AC production, G-protein stimulant, mastopara-7, or matrix metalloproteinase, ADAM10, was added to NCI-H292 cells. MUC5AC protein was measure with pretreatment of polyclonal EGF antibody on mastoparan-7-induced MUC5AC production. Results : LPS alone did not increase significantly MUC5AC production. LPS with $TNF{\alpha}$ induced dose-dependently MUC5AC production in NCI-H292 cells. LPS increased dose-dependently $TNF{\alpha}$ secretion, which was inhibited by mastoparan. LPS with $TNF{\alpha}$-induced MUC5AC production was inhibited by neutralizing polyclonal $TNF{\alpha}$ antibody, mastoparan or AG 1472. Mastoparan-7 or ADAM10 increased dose-dependently MUC5AC production, which was inhibited by polyclonal neutralizing EGF antibody. Conclusion : In LPS-induced MUC5AC synthesis, LPS causes $TNF{\alpha}$ secretion, which induces EGFR expression. EGFR tyrosine kinase phosphorylation result in MUC5AC production. EGF-R transactivation by G-protein-coupled receptors requires matrix metalloproteinase cleavage of proHB-EGF.
Bak, Sang Myeon;Park, Soo Yeon;Hur, Gyu Young;Lee, Seung Heon;Kim, Je Hyeong;Lee, Sang Yeub;Shin, Chol;Shim, Jae Jeong;In, Kwang Ho;Kang, Kyung Ho;Yoo, Se Hwa
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.54
no.1
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pp.80-90
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2003
Background : Goblet cell hyperplasia is a critical pathological feature in hypersecretory diseases of the airways. A bacterial infection of the lung is also known to induce inflammatory responses, which can lead to the overproduction of mucus. Recently, mucin synthesis in the airways has been reported to be regulated by neutrophilic inflammation-induced epidermal growth factor receptor (EGFR) expression and activation. In addition, it was reported that migration of the activated neutrophils is dependent on the matrix metalloproteinases (MMPs), especially MMP-9. In this study, bacterial lipopolysaccharide (LPS)-induced goblet cell hyperplasia and mucus hypersecretion by EGFR cascade, resulting from the MMPs-dependent neutrophilic inflammation were investigated in the rat airways. Methods : Pathogen-free Sprague-Dawley rats were studied in vivo. Various concentrations of LPS were instilled into the trachea in $300{\mu}{\ell}$ PBS (LPS group). Sterile PBS ($300{\mu}{\ell}$) was instilled into the trachea of the control animals (control group). The airways were examined on different days after instilling LPS. For an examination of the relationship between the LPS-induced goblet cell hyperplasia and MMPs, the animals were pretreated 3 days prior to the LPS instillation and daily thereafter with the matrix metalloproteinase inhibitor (MMPI; 20 mg/Kg/day of CMT-3; Collagenex Pharmaceuticals, USA). The neutrophilic infiltration was quantified as a number in five high power fields (HPF). The alcian blue/periodic acid-Schiff (AB/PAS) stain were performed for the mucus glycoconjugates and the immunohistochemical stains were performed for MUC5AC, EGFR and MMP-9. Their expressions were quantified by an image analysis program and were expressed by the percentage of the total bronchial epithelial area. Results : The instillation of LPS induced AB/PAS and MUC5AC staining in the airway epithelium in a time- and dose-dependent manner. Treatment with the MMPI prevented the LPS-induced goblet cell hyperplasia significantly. The instillation of LPS into the trachea induced also EGFR expression in the airway epithelium. The control airway epithelium contained few leukocytes, but the intratracheal instillation of LPS resulted in a neutrophilic recruitment. A pretreatment with MMPI prevented neutrophilic recruitment, EGFR expression, and goblet cell hyperplasia in the LPS-instilled airway epithelium. Conclusion : Matrix metalloproteinase is involved in LPS-induced mucus hypersecretion, resulting from a neutrophilic inflammation and EGFR cascade. These results suggest a potential therapeutic role of MMPI in the treatment of mucus hypersecretion that were associated with a bacterial infection of the airways.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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