Bleomycin에 의한 폐섬유화에서 Interleukin-12의 역할

Abstract

[한글]

항암제로 흔히 쓰이는 bleomycin은 폐손상 및 폐섬유화의 부작용을 일으키며 이를 이용하여 실험동물에서 급성 폐손상과 폐섬유화의 모델로 널리 사용하고 있다. 폐섬유화에서 1형 조력 T 세포(T helper 1 cell,Th1 세포)는 섬유화를 억제하는 역할을 하며 2형 조력세포(T helper 2 cell, Th2세포)는 섬유화를 촉진하는 것으로 알려져 있다. Interleukin-12(IL-12)는 Th1 면역반응을 조절하는 핵심적인 cytokine으로 interferon-γ(IFN-γ)의 생성을 자극하여 섬유화를 억제하는 기능을 가지고 있으며 40kD(p40)과 35kD(p35) 소단위로 이루어진 70kD(p70) 의 이합체로 구성되어 있다. 그리고 생체 내와 시험관 내 실험에서 IL-12p40이 IL-12p70의 생물학적 활성도를 저해하는 것이 보고되고 최근의 동물 실험연구에서 기도 내로 규소를 투여하였을 때 발생하는 폐섬유화의 기전에 IL-12의 p40 소단위의 생성과 Th2 세포의 발현이 폐의 염증과 섬유화 과정에 중요한 역할을 할 것이라고 보고되었다.

이에 저자는 마우스에 bleomycin을 투여하여 폐섬유화를 유발한 후 조직학적 변화, IL-12p40의 발현 정도, IL-12p40과 IL-10 mRNA 발현의 연관성을 관찰하여 IL-12p70과 p40 소단위가 Th 세포의 아형발현과 bleomycin에 의한 폐섬유화의 과정에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였다.

실험동물은 생후 8주내외의 암컷 BALB/c 마우스를 이용하였으며 대조군과 실험군으로 나누어 대조군은 생리식염수를, 실험군은 bleomycin을 투여하였다. 생리식염수 또는 bleomycin을 투여한 후 2일, 4일, 7일, 그리고 14일째 되는 날에 각 군을 5마리씩 도살하였다. 기관지폐포세척술과 폐적출을 시행하였으며 기관지폐포세척액과 조직에서 효소면역측정법(enzyme linked immunosorvent assay, ELISA)으로 Ig(immunoglobulin)G 아형 및 cytokine(IL-12p70, IL-p40, IL-10, IFN-γ, tumor necrosis factor(TNF)-α, transforming growth factor(TGF)-β1)을 측정하였으며 기관지폐포세척액내의 세포와 조직에서 역전사 중합효소연쇄반응(reverse transecriptase polymerase chain reaction, RT-PCR)으로 IL-12p40, IL-12p35, IL-10과 IFN-γ mRNA의 발현정도를 측정하였다. 조직은 hematoxylin-eosin 염색을 시행하여 병리학적 변화를 관찰하였다.

조직학적 소견에서 생리식염수 투여군은 변화가 관찰되지 않았으며 bleomycin 투여군은 초기에 급성 염증소견을 보였고 14일 이후에는 섬유화가 시작되었다. Bleomycin 투여군에서는 섬유화가 증가할수록 기관지폐포세척액과 조직에서 IL-12p40 와 IL-10 mRNA의 발현이 증가하였고, 기관지폐포세척액과 조직에서 IL-12p40 mRNA의 발현이 되는 경우 IL-10 mRNA의 발현이 관찰되었으나 IFN-γ는 증가하지 않았다. Bleomycin 투여군에서는 섬유화가 증가할수록 기관지폐포세척액과 조직에서 IgG1과 IgG2a가 증가하는 경향을 보였다. Bleomycin 투여군의 기관지폐포세척액에서 섬유화가 증가할수록 IL-12p40의 농도가 증가하는 경향을 보였다.

이상의 결과로 보아 IL-12가 IL-12p40 아형의 발현에 따라 bleomycin에 의한 폐섬유화를 촉진할 수도 있으며, Th2 cytokine인 IL-10과 연관되어 bleomycin에 의한 폐섬유화의 과정에 관여할 것으로 생각된다.

[영문]

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a chronic, often fatal and not rare pulmonary disorder. It''s prognosis is poor, but pathogenesis is not known well. Bleomycin sulfate has been used in rodents to initiate fibrotic lung disease as an animal model of IPF.

IL-12 is an inducible, antigen-presenting, cell-derived cytokine composed of p35 and p40 subunit. IL-12 also plays an important role in regulating type 1 helper T (Th1) cell-dependent immune responses by priming T cells for high IFN- production and inducing them to differentiate toward the Th1 subset. It has also been shown that the p40 subunit of IL-12 can antagonize the biological activity of the p70 heterodimer via competition for its receptor. A recent study demonstrated that production of the p40 subunit and Th2 polarization may play important roles in the fibrotic responses in silica-induced pulmonary fibrosis in mice.

We investigated effects of IL-12p70, p40 subunit, and Th subunit expression on bleomycin induced pulmonary fibrosis.

Animals (BALB/c mice) were divided into two groups; control and experimental. Saline (0.03ml) was administrated to the control group, and bleomycin (3mg

kg) was administrated to the experimental group intratracheally. We observed pathologic changes of lung tissues (LT) of each group at day 2, 4, 7, and 14 after administration of saline and bleomycin. Bronchoalveolar lavage and homogenization of LT were performed. Bronchoalveolar lavage fluid (BALF) and LT were centrifuged, cell-free supernatants were used for ELISA (Quantikine Mouse IL-12 p70, IL-12 p40, IL-10, IFN-γ, TNF-α, TGF-β1, R&D System, Minneapolis, MN) to evaluate cytokines and IgG subunits, and cells were used for RT-PCR to evaluate expression of mRNA of IL-12p40, p35, IL-10, and IFN-γ.

In pathologic examination of bleomycin-treated mice, acute inflammatory change was shown at day 2, 4, and 7, and then fibrosis was shown after day 14. In bleomycin treated mice, expression of mRNA of IL-12p40 and IL-10 in BALF and LT were increased, but that of IFN-γ was not increased. The concentrations of IgG1 and IgG2a in BALF and LT were increased until day 14 and then decreased. The concentration of IL-12p40 in BALF and LT was increased progressively until day 14 and decreased on day 21.

Based on above results, it is suggested that IL-12 may stimulate bleomycin induced pulmonary fibrosis that is associated with expression of IL-12p40 subunit, and IL-12p40 is related with bleomycin induced pulmonary fibrosis through expression of IL-10, one of the Th2 cytokines.