Bleomycin에 의한 폐손상의 기전에 관한 형태학적 연구

Abstract

[영문]

[한글]

Bleomycin은 Streptomyces verticillus의 배양에서 분리된 수용성 glycopeptide로서 Ui

nezawa등(1966)에 의해 발견된 항생작용이 있는 항암제이다(Umezawa et al., 1967; Umeza

wa, 1974). Bleomycin은 특히 피부 및 다른 장기의 편평상피암종에 유효하고(Ichikawa et

al., 1969; Kimura et al., 1972; Yasuzumi et al., 1977) 그 외에 임파종, 고환종양 및

흑색종등의 종양치료에도 치료적 효과가 있으며 (Mathe, 1970; deBast et al., 1971; Mo

sher et al., 1972)특히 기존항암제들이 지니고 있는 골수손상이나 면역기능의 억제(Skip

per, 1968; Kap1an and Calabres, 1973)등의 독작용이 거의 없다는 치료상의 이점이 있어

서 (Shastri et al., 1971; Yagoda et al., 1972) 암환자의 치료에 많이 이용되었으며 다

른 항암제의 투여로 인해 골수손상이 생긴 환자에게 유효하게 사용되었다. 그러나 사용이

증가함에 따라 b1eomycin에 이상고열, 소화기 장애, 퍼부병소, 구내염등의 여러 독작용

이 있음이 알려졌고(Yagoda et al., 1972; Cohen et al.,1973) 그 중 특히 문제가 되는

것은 폐손상 및 폐섬유화로서(Lnna et al., 1972; Rudders and Hensler, 1973) 발생빈도

는 적을지라도 일단 발생하게 되면 환자에게 치명적인 결과를 초래할 수 있기 때문에 중

요한 문제로 대두되었다. 폐손상 및 폐섬유화를 초래할 수 있는 약제로서는 b1eomycin 이

외에도 busulfan, nitrofrantoin, paraquat등이 보고되어 있으며 (O1iner et al., 1961;

Rosenow et al., 1968: Smith et al., 1973) 이들 상이한 종류의 약제들이 결국은 공통적

으로 폐섬유화를 초래하지만, 폐손상의 초기소견은 차이가 있어서 이들의 특징적인 소견

이나 기전은 일률적으로 설명하기가 어렵다. Bleomycin에 관한 폐손상의 형태학적 연구는

인체 및 동물실험에서 행해진 것이 있으나(Fleishman et al., 1971; Krous and Hamlin,

1973; Adamson an4 Bowmen, 1974 b) 소수에 불과하여 이때의 폐손상의 소견 및 기전에 대

한 설명이 불충분하고 일정치가 않으며 특히 bleomycin투여초기의 폐변화 및 세포의 미세

구조적 변화에 관해서는 충분한 연구가 되어 있지 않다.

저자는 이러한 사실들에 입각하여 b1eomycin에 의해 초래된 폐조직세포들의 초기의 미

세구조적 변화를 폐손상의 연속적인 변화를 광학 및 전자현미경적으로 관찰하고 다른 약

제나 원인에 의해 생긴 폐변화와 비교 고찰하여 bleomycin에 의한 폐손상의 특징과 기전

을 규명하고자 본 실험에 착수하였다.

<실험재료 및 방법>

실험동물은 체중 20∼25gm의 웅성생저 80마리를 사용하여 다음과 같이 2군으로 구분하

여 실험하였다.

제 I 군 : 정상대조군..................20마리 (생리식염수 1㎖, 복강내주사)

제 Ⅱ 군 : Bleomycin 투여군...................60마리(bleomycin 37.5mg/kg,1주

2회씩 1일내지 4주간 복강내주사)

첫번 b1eomycin주사후 6,18시간 1,3일 1,2,3,4,5,6주째 되는 날에 각각 6마리씩 도살

하였고 정상대조군 역시 같은 시기에 각각 2마리씩 도살하였다. 도살전에 3% glutaraldeh

yde(phosphate buffer)용액을 기관내로 주입하여 페를 확장, 고정시킨 후에 30분간 방치

하고 폐전체를 제거하여 광학현미경 검색을 위하여 hematoxylin·eosin염색, Masson's tr

ichrome 및 van Gieson염색, aldehyde fuchsin염색 및 Cason염색을 시행하였고 전자현미

경 검색을 아울러 시행하여 다음과 같은 성적을 얻었다.

<실험성적 및 결론>

1. 광학현미경으로는 염증성 변화, 폐포상피세포의 증식 및 섬유화 현상이 관찰되었으

며 염중성변화는 임파구 및 형질세포의 침윤, 폐포내 대식세포의 증가 및 혈관주위의 부

종으로서 b1eomycin투여 2주후부터 관찰되었고, 폐포상피세포의 증식은 3주후부터 관찰되

어 시일이 경과함에 따라증가하였다. 병소내 교원섭유의 출현 및 섬유화는 특수염색 소견

상 4주후에 최초로 관찰되었으며 병소내 탄력섬유는 2주부터 증가되었다.

이러한 광학현미경적 변화들은 늑막하부위에서 시작하여 시일이 경과함에 따라 보다 중

앙부위로 파급되었다.

2. 전자현미경으로는 6시간후부터 혈관내피세포의 종대가 시작되었고 3일후부터는 내피

세포하의 공포형성이 일어났으며 1주후에는 공포형성이 더욱 심해지며 혈관주위에는 섬유

소물질이 관찰되었다. 폐포상피세포의 변화로는 먼저 I형 폐포상피세포가 bleomycin투여

1일후에 핵소체의 비후및 핵소체 분리의 소견을 보였으며, 1주부터는 세포질내 미세구조

의 변성이 시작되어 2주후부터는 세포질의 변성과 함께 폐포기저막으로 부터의 상피세포

탈락이 관찰되었고 3주후부터는 I헝 폐포상피세포의 증식이 동반되었다.

3. 상기한 폐변화는 b1eomycin의 양이나 기간에 따라 일정하지 않고 생쥐개체에 따라

차이가 있어서 투여 후 초기에 이미 진전된 변화를 보이는 것이 있는 반면, 투여 후 수주

가 지나도 경미한 변화만을 보이는 것이 있었다.

이상과 같은 소견을 종합하여 보면 b1eomycin투여는 먼저 혈관내피세포에 손상을 주어

내피세포하에 공포형성을 일으키며 섬유소 삼출을 초래하였고, 그후 I형 폐포상피세포에

손상을 입혀 폐포기저막으로 부터의 탈락을 초래하고 이어서 염증반응과 Ⅱ형 폐포상피세

포의 증식 및 섬유화 현상을 초래하는 것으로 사료되었다. 이상의 일련의 변화는 다른 약

제나 원인에 의하여 야기된 것과 유사한 것으로 보아 폐장의 각종손상에 대한 공통된 수

복과정으로 사료되었다.

A Morphologic Study of Pulmonary Changes Induced by Bleomycin in Mice

Kwang Kil Lee

Department of Medial Science, The Graduate Shool, Yonsei University

(Directed by prof. Dong Sik Kim, M.D. and prof. Yoo Bock Lee, M.D.)

Bleomycin, a complex of water-soluble glycopeptides, is an antineoplasti,

antimicrobial drug isolated from Streptomyces verticillus (Umezawa et al., 1966).

It has been shown to have therapeutic value in the treatment of a variety of

neoplasms including squamous cell carcinomas, lymphomas, testicular tumors, and

malignamt mealnoma (Ichikawa et al., 1969 ; Mathe, 1970 ; Shastri et al., 1971 ;

Mosher et al., 1972), and the absence of hematopoietic toxicity or

immunosuppressive activity has made it an attractive antitumor drug, especially in

the pressence of existing bone marrow suppression due to other chemotherapeutic

agents (Shastri et al., 1971 ; Yagoda et al., 1972).

With increasing rose, however, it has become apparent that common side effects

encountered are hypermetric reactions: gastrointestinal disturbances,

hyperkeratosis and vesiculation of fingers, alopecia and stomatitis (Cohen et al.,

1973). Pulmonary toxicity resulting in fibrosis has teen recognized as a serious,

potentially fatal, and puzzling complication of bleomycin therapy, although the

incidence of this side effect is reported to be low (Luna et at., 1972:Rudders &

Hensley, 1773).

The pathologic features of pulmonary changes including fibrosis after bleomycin

therapy have been described in humans(Bedrossian et al., 1973: Brown et al., 1978)

as well as in animals(Adamson & Bowden, 1974b: Jonea & Reeve, 1977), but no

coherent description of the pathogenesis and early ultrastructural cellular changes

of this reaction to bleomycin has been reported.

The Present study was undertaken in an attempt to study the sequential

morphologic changes and pathogenesis of bleomycin induced pulmonary changes in

mice.

In the experiment, a total of 80 male mice, each weighing 20∼25 gm., was used

and divided into 2 groups. The first group of mice was normal control and the

second group was administered bleomycin intraperitoneally twice weekly for up to 4

weeks at the dosage level of 37 5 mg/kg body weight. Animals were killed at 6, 18

hours and 1,3,7,14,21,28,35,42days after the initial bleomycin injection and the

bungs were prepared for light and electron microscopy.

The resells are summarized as follows ;

1. Light microscopic observations revealed inflammatory changes, proliferation of

alveolar epithelial cells and fibrosis. The inflammatory changes were observed 2

weeks after the initial injection and composed of a plasma cell and Iymphocyte

infiltrate, an increase in the number of macrophages, and perivascular edema. The

lesions were interstitial and mainly perivascular in situation. Proliferation of

alveolar epithelial cells commenced to appear after 3 weeks and increased in

severity as time goes by. Special stains for connective tissues proved that the

presence of collagen fiber and fibrosis in the lesions was observed after 4 weeks

and elastic fibers were increased in amount earlier. These changes began to appear

in the subpleural region of the lung and extended toward the met central part with

the passage of time.

2. The earliest electron microscopic changes, observed 6 hours after the start of

injection, were endothelial cell injuries, which were swelling of endoplasmic cells

with increased numbers of cytoplasmic organelles such as vesicles and rough

endoplasmic reticulum. After 3 days, subendothelial blebs were seen and they became

more severe and prominent at 1 week, when fibrin materials were deposited

perivascularly. Type I alveolar epithelial cellos revealed the features of

nucleolar hypertrophy and segregation after 1 day. From tine first week onward,

degeneration of cytoplasmic organelles was observed, accompanied thereafter by

detachment of the cell from the alveolar basement membrane. The proliferation of

type Ⅱ epithelial cellos baa observed after 3 weeks.

3. These morphologic changes did not proceed uniformly in all of the mice

studied. In summary, it is thought that bleomycin injures, first of all,

endothelial cells to cause subendothelial bleb formation and perivascular fibrin

deposition and thereafter injures type I alveolar epithelial cells with resultant

degeneration and detachment of the cell from the alveolar surface, followed by

proliferation of type Ⅱ epithelial cells and fibrosis. These sequential changes

are similar to the description of pulmonary changes caused by otherdruga or

etiologic agents and therefore, it is concluded that this reaction is a common

pathway of repair in the lung.