The role of pendrin in acute lung injury (ALI)/acute respiratory distress syndrome (ARDS) caused by ventilator induced lung injury

Abstract

목적: 펜드린(SLC26A4)은 중탄산염, 요오드화물 및 기타 음이온을 염화물로 교환하는 막관통 단백질이다. 최근 데이터에 따르면 염증성 기도 질환에서 펜드린의 발현이 증가되어 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 인공호흡기 유발 급성 폐손상(Ventilator induced lung injury, VILI) 동물 모델에서 펜드린 발현의 역할과 복와위 자세의 효과를 분석해보고자 한다. 방법: 인공호흡기를 통한 급성 폐손상은 펜드린 Wild-Type (WT) 과 Knock-Out (KO) 129SVEV 마우스에게 5시간 동안 30 ml/kg의 높은 일회 호흡량(Hgih Tidal Volume, HTV)과 0 cm H2O 호기말 압력 및 0.21의 흡기 산소 분율로 분당 100회의 빈도로 앙와위 자세 또는 복와위 자세로 유발하였다. 폐손상의 정도는 기관지폐포세척액 분석(bronchoalveolar lavage fluid, BALF), 염증성 사이토카인 및 조직병리학적 소견을 통해 평가하였다. 펜드린의 발현은 Western-blotting, 면역 형광 염색 및 투과전자현미경을 통해 확인하였다. 결과: 기관지폐포세척액의 총 세포수와 단백질 농도는 인공호흡기 치료를 하지 않은 그룹과 HTV 호흡을 시행한 펜드린 KO 그룹에 비해 HTV 호흡을 시행한 펜드린 WT 그룹에서 유의하게 증가하였다. 그리고 조직병리학적 평가에서도 VILI 가 있는 펜드린 WT 그룹이 VILI 가 있는 펜드린 KO 그룹과 인공호흡기 치료를 하지 않은 그룹에 비해 백혈구 침윤 및 폐손상이 크게 증가한 것으로 나타났다. 펜드린의 발현은 VILI 가 있는 펜드린 WT 그룹에서 발현이 높게 나타난 것을 확인하였다. 인공호흡기 치료 중 복와위 자세는 VILI를 적게 유발함을 확인하였으나, 앙와위 자세와 복와위 자세 사이의 펜드린 발현에는 유의한 차이가 없었다. 그럼에도 불구하고, 펜드린 KO 그룹에서 복와위 자세로 VIILI를 유발하였을 때, 폐손상이 가장 적게 나타났을 뿐만 아니라, 펜드린 발현 또한 가장 적게 나타남을 확인하였다. 결론: 본 연구 결과는 펜드린이 인공호흡기로 인한 폐 손상에 중요한 역할을 하며 펜드린이 VILI 조절을 위한 새로운 치료 표적이 될 수 있음을 시사한다. 그리고 인공호흡기 치료 시 복와위 자세와 펜드린의 억제는 VILI를 예방하는 데 효과적일 수 있다. Purpose: Pendrin (SLC26A4) is a transmembrane protein that exchanges anions such as bicarbonate and iodide with chloride. Recent data indicate that the expression of this transporter is upregulated in inflammatory airway diseases. In this study, we analyzed the role of pendrin expression and the effect of prone positioning in a ventilator-induced acute lung injury (VILI) animal model. Methods: VILI was induced in the supine or prone position by a high tidal volume (HTV) of 30 mL/kg with a frequency of 100 breaths/min for 5 hours in pendrin wild-type (WT) and knockout (KO) 129SVEV mice. Lung injury parameters were assessed by bronchoalveolar lavage fluid (BALF) analysis, inflammatory cytokine analysis by ELISA, and histopathological findings. Pendrin expression was determined by western blotting, immunofluorescence (IF) staining, and transmission electron microscopy (TEM) using immunogold labeling methods. Results: The protein concentration and total cell count in BALF were significantly increased in pendrin-WT mice after HTV ventilation compared with those in non-ventilation pendrin-WT (control group) and pendrin-KO mice with HTV ventilation. In lung pathology, pendrin-WT mice with VILI showed a significant increase in leukocyte infiltration and lung injury relative to pendrin-KO mice with VILI and control group mice. Pendrin expression was upregulated in pendrin-WT mice with VILI, as determined by western blotting, IF staining, and TEM-immunogold labeling. Prone positioning during ventilation attenuated lung inflammation, as determined by BALF analysis and lung histopathological findings; but, pendrin expression between supine and prone positioning did not significantly differ. Nevertheless, when HTV was administered in prone position to pendrin-KO mice, the least degree of lung injury was observed, and pendrin expression detected TEM-immunogold labeling was also the lowest. Conclusions: Our results suggest that pendrin plays a critical role in VILI and could be a novel target for modulating VILI. Prone positioning and pendrin inhibition in VILI could be effective in managing these conditions.