가토의 전신형 Shwartzman 반응에서 세포 접착분자의 발현 양상

Abstract

[한글]

전신형 Shwartzman 반응은 가토에서 그람 음성 박테리아의 내독소를 24시간 간격으로 2회 정맥 주사하거나 스테로이드 전처치후 내독소를 1회 정맥 주사하여 유발되는 범발성 혈관내 응고중의 대표적인 모델로 기전은 명확히 알려져 있지 않지만 백혈구 특히 호중구의 역할이 풍요해 섬유소 혈전 형성 전에 혈관 내피세포와 백혈구의 접착이 필수적인 과정으로 알려져 있다. 본 연구는 전신형 Shwartzman 반응에서 세포 접착분자의 발현 양상을 관찰하고 세포 접착분자의 발현과 장기 손상간의 연관성을 알아보기 위해 실험동물인 토끼를 A(5마리), B(5마리), C(5마리) 및 대조군(3마리)으로 나누어 내독소인 Escherichia coli 055:B5로부터 추출한 lipopolysaccharide (LPS)를 A군은 24시간 간격으로 2회 정주, B군은 3일간 스테로이드 전처치후 1회 정주, C군은 전처치 없이 1회 정주하고, 대조군은 LPS 대신 생리식염수를 24시간 간격으로 2회 정주한 후 마지막 LPS 또는 생리식염수 투여 4시간째 토끼를 희생하여 신장, 비장, 간 및 폐를 적출하였다. 적출 장기들은 H-E 염색과 항-fibrin/fibrinogen 항체를 이용한 간접 면역형광검사 그리고 항-ICAM-1 항체와 항-CD18 항체를 이용한 면역조직화학 염색을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. A군과 B군에서는 주요 장기에 특징적인 미세혈관내 섬유소 혈전과 염증세포침윤 및 조직내 출혈이 현저하게 관찰되었으나, C군과 대조군에서는 이러한 조직학적 이상 소견이 관찰되지 않았다.

2. 항-fibrin/fibrinogen 항체를 이용한 간접 면역형광검사로 섬유소 형성 정도를 판정하였을 때 A와 B군에서 모든 장기의 미세혈관에 현저한 섬유소 침착이 관찰되었으며, 특히 신장과 비장에서는 C군에 비해 섬유소 침착이 의의 있게 증가 되 었다(p<0.75).

3. ICAM-1은 LPS를 투여하지 않은 대조군에서 신장의 사구체와 신세뇨관 주위 모세혈관 및 간의 등모양혈관(sinusoid)을 포함한 모든 장기의 혈관 내피에서 발현되었고 그 외 비장과 폐와 일부 림프구에서 발현되었다. LPS를 1회 투여한 C군은 대조군과 비교해 통계학적 차이는 없었지만 신장, 간, 폐 등에서 ICAM-1발현이 뚜렷이 증가하였다. 그러나 LPS를 2회 투여한 A군과 스테로이드 전처치 후 LPS를 1회 투여한 B군에서는 모든 장기의 혈관에서 ICAM-1의 발현이 감소하는 경향이 관찰되었으며, 특히 A군은 신장에서 C군과 대조군에 비해, B군은 신장과 폐에서 C군에 비해 의의 있게 ICAM-1의 발현이 감소하였다(P<0.05).

4. CD18 integrin은 각 장기에 침윤한 염증세포에 한해 발현되었는데 비장을 제외한 다른 장기에서 CD18 발현 염증세포의 침윤 정도는 높은 순서로 ① 전형적인 Shwartzman 병변이 발생한 A와 B군, ② LPS를 1회 투여한 C군, ③ 대조군 순으로 관찰되었다. 각 군간의 CD18 발현 염증세포 침윤 정도의 차이는 특히 신장의 사구체에서 뚜렷하여 대조군에 비해 A와 B군에서 의의 있게 증가되었다(P<0.05). 사구체 내에 CD18 발현 염증세포 수와 면역형광검사에서 관찰된 섬유소 침착 정도간에는 의의 있는 상관 관계가 있었다(r=0.8789).

이상의 결과로 보아 Shwartzman 반응은 적혈구를 매체로 발생하는 조직 손상으로 혈관내피와 백혈구의 접착이 이 반응의 발생에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다. 즉 세포간 접착에 관여하는 세포 접착분자인 ICAM-1은 첫 번째 LPS 자극후 초기 단계에 혈관내피에 발현되고, 두 번째 LPS의 자극으로 주요장기에 CD18 발현 염증세포의 침윤이 증가되어 혈관 내피세포와 염증세포간의 접착이 이루어짐으로써 전신형 Shwartzman 반응이 유발되는 것으로 생각된다. 또한 두번의 내독소 투여 중 첫 번째를 스테로이드 전처치로 대치

하였을 때에도ICAM-1의 조기 발현으로 LPS 투여후 CD18 발현 염증세포의 혈관 내피에 접착을 촉진하는 것으로 추측된다.

[영문]

A generalized Shwartzman reaction (gSr) is characterized by vascular injury with microvascular fibrin deposition, leukocyte aggregation and hemorrhagic lesions in various organs and elicited by endotoxin from gram-negative bacteria. Leukocyte

adherence to endothelial cells has been regarded as a pivotal event in this type of neutrophil mediated inflammatory response. Recently, it was described that leukocyte adhesion to endothelium is facilitated by the adhesion molecules, such as LFA-1 (CD1la/CD18) or Mac-1 (CD11b/CD18) binding to intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1).

To investigate the role of cell adhesion molecules in inflammatory vascular injury, the author examined the expression of cell adhesion molecules, ICAM-1 and CD18, in gSr. Eighteen rabbits were used for the experiment and divided into four groups, Group A (n=5) received two intravenous injections of bacterial lipopolysaccharide(LPS) from E, coli 055:B5; 200㎍/㎏ and 200㎍/㎏ 24 hours apart.

Group B (n=5) received one dose of LPS (200㎍/㎏) after 3 day's glucocorticoid treatment (methylprednisolone, 25㎎/㎏/day). Group C (n=5) received single dose of LPS (200㎍/㎏). The control group (n=3) received two injections of saline instead of LPS, Animals were sacrificed four hours after the last dose of LPS or saline and then the kidney, spleen, liver and lungs were removed, The histologic findings in various organs was observed with a light microscope, indirect immunofluorescence(IF) method (for fibrin) and immunohistochemical stain (for ICAM-1, CD18).

The results were as follows:

1. Group A and B showed numerous fibrin microthrombi, inflammatory cell infiltration and some hemorrhagic change in most of the the observed organs, but group C and the control group did not show any lesions. The degree of fibrin deposition by IF was significantly increased in the kidney and spleen in group A and B when compared to group C (p<0.05).

2. ICAM-1 was expressed by vascular endothelium including glomerular capillaries, hepatic sinusoids and some lymphocytes in the control group. This expression was increased in group C. But, group A and B was observed significant decrease in ICAM-1 expression, especially in kidney comparing with group C and the control group (p<0.05).

3, CD18 was expressed by inflammatory cells such as neutrophils, tissue macrophages and Kupffer cells, This expression was more increased in group A and B than group C and the control group. Group A and B were significantly increased in

CD18 expressing cells in glomerulus when compared with the control group (p<0.05). The number of CD18 expressing cells in glomerulus correlated significantly with a degree of fibrin diposition.

In conclusion, these results suggest that the development of gSr requires the adhesion of activated inflammatory cells especially neutrophils to vascular endothelium and these are achieved by the interaction of adhesion molecules like ICAM-1 and CD18. The first LPS injection induces the ICAM-1 on the vascular

endothelium. The second LPS injection increases the infiltrations of the CD18 expressing cells in the major organs, The interaction of ICAM-1 and CD18 expressing cells are necessary for producing gSr, Replacing the LPS with a glucocorticoid also expresses ICAM-1 on endothelium and prepares for leukocyte adhesion to endothelium.