HaCaT 세포에서 화학물질에 의해 생성된 활성산소종의 역할

Abstract

[한글]자외선이나 화학물질 등의 외부자극에 항상 노출되어 있는 피부에서 활성산소종 (reactive oxygen species, ROS)에 의한 산화적 스트레스가 중요하다. 활성산소종이 과도하게 발생하여 항산화 시스템에 의해서 제거되지 못하면 광노화 (photoaging)나 피부 악성종양의 발생할 수 있다. 활성산소종은 면역반응을 유발하는 수지상세포 (dendritic cell)에서 MHC-II를 포함한 표면 항원의 발현을 증가시키면서 수지상세포의 활성화에 관여한다. 그러나 표피의 95% 이상을 차지하고 전염증성 (proinflammatory) 사이토카인을 분비하여 면역학적 기관으로 인식되고 있는 각질형성세포 (keratinocyte)에서 화학물질에 의한 활성산소종의 생성과 역할에 대한 연구는 아직 부족하다.

각질형성세포에서 화학물질 처리 후 활성산소종의 생성 유무와 역할에 대해 연구하기 위해, 사람 각질형성세포주인 HaCaT 세포에 다양한 화학물질을 처리한 후 1) 활성산소종의 생성 여부 2) 표면 항원 (IACM-1, E-cadherin, HLA-DR) 발현과 사이토카인 (IL-1α, IL-1β, TNF-α) 분비의 변화 3) 다양한 항산화제 (antioxidants)로 처리하였을 때 활성산소종에 의한 각질형성세포의 활성화를 억제하는지에 대해 연구하고 다음의 결과를 얻었다. HaCaT 세포에 다양한 화학물질을 1시간 처리하였을 때 활성산소종이 생성되었다. 알레르겐 중 2,4-dinitrochlorobenzene (DNCB), 2,4-dinitrofluorobenzene (DNFB), 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS), CoCl2, thimerosal이 활성산소종을 생성하였고, 자극물질인 sodium dodecyl sulfate (SDS), benzalkonium chloride (BKC)가 활성산소종을 생성하였다. 여러 가지 화학물질 중 낮은 농도에서도 활성산소종을 생성한 알레르겐인 DNCB와 자극물질인 BKC를 선택하여 생성된 활성산소종의 역할에 대하여 실험하였다. HaCaT 세포에 DNCB와 BKC를 24시간 처리하였을 때 표면 항원의 발현이 모두 증가하였다. HaCaT 세포에 DNCB와 BKC를 48시간 처리하였을 때 IL-1α 분비가 증가하였으나 IL-1β와 TNF-α의 분비는 관찰되지 않았다. 항산화제인 glutathione, N-acetyl cysteine, selenium, Vit. E, catalase로 HaCaT 세포에 30분 동안 전처리를 한 후 DNCB와 BKC를 처리했을 때 HaCaT 세포의 활성산소종의 생성, 표면 항원 발현, 사이토카인 분비에 영향을 끼치지 못했다. 결론적으로 화학물질에 의한 HaCaT 세포에서의 활성산소종의 생성과 표면 항원의 발현, 그리고 IL-1α 분비를 확인하였다. 그러나 여러 가지 항산화제가 화학물질에 의한 HaCaT 세포에서의 활성산소종의 생성을 억제하지 못하였으므로, 화학물질에 의해 HaCaT 세포에서 합성된 활성산소종이 어떤 역할을 하는지 아직 알 수 없다. 향후 화학물질에 의해 합성된 활성산소종을 억제시킬 수 있는 항산화제나 활성산소종의 생성에 관여하는 효소 억제제등을 확인하여 화학물질에 의해 HaCaT 세포 또는 일차 배양한 각질형성세포에서 생성되는 활성산소종의 역할에 대한 추가 연구가 필요하다.

[영문]Reactive oxygen species (ROS) may participate in the pathogenesis of allergic contact dermatitis. Although most studies about the influence of ROS on allergic contact dermatitis focused on dendritic cells, the role of ROS on the activation of keratinocytes, which represent the majority of epidermal cells and produce proinflammatory cytokines, still remains to be elucidated. To study the role of ROS on chemicals-treated HaCaT cells, human keratinocyte cell line, we investigated 1) the production of ROS by various chemicals 2) the expression of surface molecules (ICAM-1, E-cadherin, HLA-DR) and the secretion of cytokine (IL-1α, IL-1β, TNF-α) and 3) the inhibition of ROS production, surface molecule expression, and cytokine secretion by antioxidants. In the present study, we have shown the production of ROS by chemicals-treated HaCaT cells. Allergen, including 2,4-dinitrochlorobenzene (DNCB), 2,4-dinitrofluorobenzene, 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid, CoCl2, thimerosal, and irritants, including sodium dodecyl sulfate, benzalkonium chloride (BKC), produced ROS. Among ROS-producing chemicals, DNCB and BKC were selected to be the representative of allergen and irritant, respectively. After 24 hours treatment of DNCB and BKC with HaCaT cells, the expression of ICAM-1, E-cadherin, HLA-DR were all increased. After 48 hours treatment of DNCB and BKC with HaCaT cells, the secretion of IL-1α increased, but IL-1β and TNF-α did not. The production of ROS, the expression of surface molecules, and the secretion of cytokine was not inhibited by antioxidants (glutathione, N-acetyl cysteine, selenium, Vit. E, catalase).

In conclusion, we have shown the production of ROS by chemicals-treated HaCaT cells, surface molecules expression and IL-1α secretion. However, the role of ROS produced by hatpens-treated HaCaT cells is not well understood yet, because several antioxidants did not inhibit the production of ROS by chemicals-treated HaCaT cells. In additional experiments, we need to find antixoxidants or the inhibitors of ROS-generating sources to inhibit the production of ROS by chemicals-treated HaCaT cells or primary keratinocytes.