High-dose-per-fraction radiation-induced skin injury and underlying mechanism of eosinophil-mediated skin fibrosis : an animal model study

Abstract

소분할 절제방사선치료 (hypofractionated ablative radiotherapy)에 대한 정상조직의 반응은 통상분할 방사선치료에 의한 조직반응과 차이를 보인다. 본 연구에서는 동물모델을 이용하여 고 분할선량 (high-dose-per-fraction) 방사선치료에 대한 선량의존 피부반응의 특성을 확인하고 호산구 매개 피부섬유화의 기전을 규명하고자 하였다. 1단계 연구에서는 미니돼지의 등쪽 피부를 네 부위로 나누고 6 MeV 전자선을 사용해 각각 15 Gy, 30 Gy, 50 Gy, 75 Gy를 1회 조사하였다. 방사선 조사 후 피부의 육안적 변화는 분광광도계 (spectrophotometer)를 통해 정량화 하였고 12주 관찰기간 동안 주기적으로 피부 전층 생검을 통해 조직 변화를 관찰하였다. 또한 CD-31 면역염색을 통해 피부 혈관 밀도의 변화와 Western blot을 통해 IL-6와 TGF-β1의 발현 정도를 관찰하였다. 방사선 조사 후 4주간 잠재기 (latency period)를 거쳐 홍반화 (erythema), 건성 표피탈락 (dry desquamation), 습성 표피탈락 (wet desquamation), 궤양 (ulceration) 형성이 관찰되었고, 50 Gy 이상 조사된 부위에서 비가역적인 피부궤양과 괴사가 관찰되었다. 생검 조직에서는 방사선조사 4주 후부터 호산구 수의 급격한 증가가 관찰되었고 7-8주에 최대치에 이른 후 정상화되었다. 피부혈관 밀도는 방사선조사 후 1주에 일시적 증가를 보였고 4-6주에 최저치에 도달했으며 9주에 최대 회복을 보였다. IL-6와 TGF-β1은 방사선조사 후 초기부터 증가하는 것이 관찰되었다. 2단계 연구에서는 미니돼지의 피부를 두 부위로 나누어 각 부위에 30 Gy를 1회와 5회에 나누어 조사하였고 정량화 실시간 중합효소연쇄반응 (quantitative real time PCR, qRT-PCR) 을 통해 호산구 관련 Th-2 사이토카인의 변화를 분석하였다. 또한, 30 Gy 조사된 마우스 피부조직의 RNA sequencing과 THP-1 세포와 방사선 조사된 HUVEC의 공동배양 시스템을 이용한 기능분석을 통해 호산구 매개 피부 섬유화 기전을 조사하였다. 30 Gy가 1회 조사된 조직에서 5회에 나누어 조사된 조직에 비해 호산구 증가, collagen, TGF-β 같은 섬유화 유도 인자의 발현, IL-4, IL-5, CCL11, IL-13, IL-33 같은 호산구 관련 사이토카인의 증가, 그리고 피부혈관 밀도의 감소가 현저히 증가된 것이 관찰되었다. 30 Gy 조사된 돼지와 마우스의 피부, 그리고 12 Gy 조사된 HUVEC에서 IL-33 발현이 유의하게 증가하였고 IL-33을 차단했을 때 THP-1 세포/HUVEC 공동배양 시스템에서 THP-1 세포의 이동능력과 사이토카인 분비가 억제된 것을 관찰할 수 있었다. 본 연구에서는 돼지피부 모델이 고 분할선량 방사선조사로 인한 피부손상 연구의 효과적인 모델임을 확인할 수 있었고, 고 분할선량 조사로 인해 호산구 매개 피부 섬유화 반응이 증폭되고 여기에는 IL-33이 핵심인자로 작용함을 확인할 수 있었다.