백서에서 bleomycin 유도 폐 섬유화의 발생기전 및 진행에 있어서 성장인자 및 cytokine의 역할

Abstract

[한글]

특발성 폐 섬유화의 병인론으로는 어떤 원인에 의해 폐포염이 발생하며 폐에 침윤한 염증세포와 폐조직 자체에 존재하는 정상 세포들이 성장인자를 포함한 다양한 cytokine을 분비하여 실질조직을 구성하는 세포에 손상을 야기함으로써 종국에는 섬유화를 초래하는 것으로 이해하고 있다. Bleomycin(이하 BLM)유도 폐 섬유화시 작용하는 여러 매개체들에 대한 개괄적인 연구가 부족하고 각 매개체 하나하나에 대한 단편적인 논문들뿐이다. 본 연구에서는 폐포염 및 폐섬유화에 관여할 것으로 생각되는 cytokine중 interleukin 1(이하 IL-1), interleukin 6(이하 IL-6), tumor necrosis factor-α(이하 TNF-α)와 성장인자중 transforming growth factor-β^^1,(이하 TGF-β^^1), platelet derived growth factor(이하 PDGF), basic fibroblast growth factor(이하 bFGF)들의 생성소, 각 시기별 발현분포 및 정도를 분석하여 BLM유도 폐 손상 및 섬유화의 발생기전에 있어서 이들의 역할을 규명하고자 하였다. 이를 위해 Wistar백서를 정상대조군, BLM투여군으로 나누었다. BLM 투여후 제 1, 2, 3, 4, 5, 7, 14, 21, 28일에 각각 도살한 다음 우측폐를 이용, 기관지폐포 세척술을 시행하여 시기별로 총 세포수 및 세포의 구성성분비율을 살펴보았다. 좌측폐를 이용, TGF-β^^1 , PDGF, bFGF, IL-1, IL-6, TNF-α에 대한 면역조직화학 염색 및 폐 섬유화를 유도하는 가장 중요한 인자중 하나인 TGF-β^^1 , mRNA에 대한 동소보합결합검사를 시행하여 각 성장인자 및 cytokine의 생성소, 발현분포 및 정도를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. IL-1, IL-6는 BLM투여후 1∼7일에 생성이 제일 많고 중성구 및 기관지 상피세포가 주생성소로서 IL-1, IL-6의 역할이 BLM유도 폐 손상 유발중 폐포염이 일어나는 1∼7일에 많은 수의 중성구를 동원하는 것으로 생각되며 이는 기관지폐포 세척액의 중성구가 급증하는 변화와 일치한다.

2. 일주일 이내에 기관지 상피세포에서의 IL-1, IL-6의 양성발현은 기관지 상피세포가 염증세포를 폐의 손상받은 부위로 동원시키는 데 중요한 역할을 하는 것으로 생각하며 이는 기관지 상피세포가 BLM유도 폐 섬유화에서 중요한 역할을 담당하며 기도주변에서 일어나는 염증 및 면역반응을 항진 및 유지시키는데 중요한 기여를 하는 간접증거일 것으로 생각된다.

3. TNF-α는 BLM유도 폐 손상 1∼5일에는 기관지 상피세포, 중성구가 주요생성소로 염증세포의 손상부위로의 이동에 중요한 역할을 하며, 섬유화가 진행되는 7∼28일에는 대식세포가 주요생성소로서 21일까지 많은 수의 세포에서 양성으로 발현되었다. 이러한 점으로 보아 TNF-α는 BLM유도 폐 손상 및 섬유화에 있어서 1∼5일에는 염증세포의 폐 손상부위로의 이동을, 7∼28잎에는 섬유화를 촉진시키는 두 가지의 작용이 있는 것으로 생각되며 TGF-β^^1 못지 않게 TNF-α도 중요한 매개체로 생각된다.

4. TGF-β^^1 은 BLM유도 폐 손상 및 섬유화과정중 전반적으로 작용하는 성장인자로 생각되나 초기 폐포염이 유발되는 시기보다 섬유화가 진행되는 시기에 더 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다. TGF-β^^1 은 기관지 상피세포, 대식세포가 주 생성소로서 BLM유도 폐 섬유화시 섬유아세포가 표적세포로 생각되며 이 섬유아세포가 세포외기질을 생성하도록 자극하며 대식세포가 주 생성소인 PDGF와 함께 섬유아세포의 증식을 자극하고 아울러 대식세포 및 섬유아세포에서 유리된 bFGF는 TGF-β^^1과 함께 교원질과 같은 세포외기질의 생성을 자극하는 것으로 여겨진다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 BLM유도 폐 손상 및 섬유화과정에서 IL-1과 IL-6는 중성구, 기관지 상피세포가 주 생성소로 BLM유도 폐 손상 유발중 폐포염이 일어나는 1∼5일에 많은 수의 중성구를 동원하는 것으로 생각된다. TNF-α는 BLM유도 폐 손상초기인 1∼5일

에는 기관지상피세포, 중성구가 주요생성소로 염증세포의 손상부위로의 이동에 중요한 역할을 하며 섬유화가 진행되는 7∼28일에는 대식세포가 주요생성소로서 7∼21일까지 많은 수의 세포에서 양성으로 발현되었다. 이러한 점으로 보아 TNF-α는 BLM유도 폐 손상 및 섬유화에 있어서 1∼5일에는 염증세포의 폐 손상부위로의 이동에, 7∼25일에는 섬유화를 촉진시키는 두 가지의 작용이 있는 것으로 생각되며 TGF-β^^1 못지 않게 TNF-α도 중요한 매개체로 생각된다. TGF-β^^1 은 기관지 상피세포, 대식세포가 주 생성소로서 BLM유도 폐 섬유화시 섬유아세포가 표적세포로 생각되며 이 섬유아세포가 세포외기질을 생성하도록 자극하며 PDGF와 함께 섬유아세포의 증식을 자극하고 아울러 bFGF는 TGF-β^^1 과

함께 교원질과 같은 세포외기질의 생성을 자극하는 것으로 여겨진다.

[영문]

It is now thought that the earliest manifestation of idiopathic pulmonary fibrosis is alveolitis, that is, an accumulation of inflammatory and immune effector cells within alveolar walls and spaces. Inflammatory cells including alveolar macrophages and resident normal pulmonary tissue cells participate through the release of many variable mediators such as inflammatory growth factors and cytokines, which contribute to tissue damage and finally cause chronic pulmonary inflammation and fibrosis. This study was performed to investigate the source and distribution pat-tern of transforming growth factor-β^^1 (TGF-β^^1), platelet derived growth factor(PDGF), basic fibroblast growth factor(bFGF), interleukin 1(IL-1), interleukin 6(IL-6), tumor necrosis factor-α(TNF-α) and the role of these mediators on bleomycin-induced pulmonary injury and fibrosis in rats. Wistar rats were divided into two groups(control group, bleomycin treated group). Animals were sacrificed periodically at 1, 2, 3, 4, 5, 7, 14, 21, 28 days after saline or bleomycin administration. The effects were compared to results of bronchoalveolar lavage fluid analysis, light microscopic findings, immunohistochemical stains for six different mediators(TGF-β^^1 , PDGF, bFGF, IL-1, IL-6 and TNF-α) and mRNA in situ hybridization for TGF-β^^1 . The results were as follows.

1. IL-1 and IL-6 are maximally expressed at postbleomycin 1-7th day. They are mainly produced by neutrophils and bronchiolar epithelium. It is thought that the roles of IL-1 and IL-6 are important to cause many neutrophilic infiltration at postbleomycin 1-5th day. It is supported by the findings of bronchoalveolar lavage.

2. The bronchiolar epithelial cells are most likely to participate in bleomycin induced pulmonary injury. and fibrosis by recruitment of inflammatory cells at the pulmonary injury site. It is suggested by the strong positive reaction for IL-1,

IL-6, TNF-α at postbleomycin first to fifth days. These findings are indirect evidence of contribution of bronchioar epithelial cells to promote and maintain the inflammatory and immune responses adjacent to the airways.

3. TNF-α is mainly produced by neutrophils and bronchiolar epithelial cells at postbleomycin 1-5th day(stage of alveolitis) and alveolar macrophage at postbleomycin 7-28th day(stage of pulmonary fibrosis). At the stage of alveolitis, it is thought that TNF-α causes recruitment of inflammatory cells at the pulmonary injury site. TNF-α seems to have dual action according to the stage and is very important to proceed and maintain the bleomycin induced pulmonary injury and fibrosis.

4. It is thought that the TGF-β^^1 contributes the effect through out the whole period of BLM induced pulmonary injury and fibrosis. But the mainly acting professes are not inflammatory processes but pulmonary fibrotic processes. The main secreting cells of TGF-β^^1 are alveolar macrophages and bronchial epithelial cells. The target is pulmonary fibroblast which is stimulated to produce extracellular matrix. The main secreting cells of PDGF are alveolar macrophages. The main effect of PDGF is thought to proliferate pulmonary fibroblasts under the influence of TGF-β^^1. The main secreting cells of bFGF are alveolar macrophages and fibroblasts. bFGF and TGF-β^^1 induce that the pulmonary fibroblasts produce much more collagen.

In conclusion, the IL-1 and IL-6 are mainly produced by neutrophils and bronchial epithelial cells and seem to cause neutrophilic infiltration at postbleomycin 1-5th day. TNF-α is mainly produced by neutrophils and bronchiolar epithelial cells at postbleomycin 1-5th day(stave of alveolitis) and alveolar macrophages at postbleomycin 7-28th day(stage of pulmonary fibrosis). TNF-α causes chemotaxis of inflammatory cells into the pulmonary injury site at the postbleomycin 1-5th day and pulmonary fibrosis at the postbleomycin 7-28th day. It is important mediator to proceed and maintain the bleomycin induced pulmonary injury and fibrosis. The main secreting cells of TGF-β^^1 are alveolar macrophages and bronchial epithelial cells. The target is pulmonary fibroblast which is stimulated to produce extracellular matrix. TGF-β^^1 and PDGF stimulate pulmonary fibroblasts and TGF-β^^1 and bFGF stimulate extracellular matrix production such as collagen.