The Role of Oxygen Free Radicals from Endothelial Cells in Endotoxin-induced Endothelial Cell Cytotoxity

내독소에 의한 혈관 내피세포 손상에서 혈관 내피세포로부터 유리된 산소기의 역할에 관한 연구

Background: The pathogenetic mechanism of adult respiratory distress syndrome(ARDS) is not clearly defined yet, but it is well known that increased pulmonary capillary permeabilty is characteristic feature of ARDS. The increased alveolar-capillary permeability is usually preceded by damage of pulmonary artery endothelial cells. The released enzymes and oxygen free radicals from the activated neutrophils seem to play a predominant role in endothelial cell cytotoxicity. The activated neutrophils, however, probably are not the sole contributing factor in this type of damage because many cases of ARDS have been reported in severe neutropenia. Bacterial endotoxin perse and/or oxygen free radicals released from endothelial cells are suggested to be possible factors that contribute to the development of ARDS. The purpose of this study is to investigate the direct cytotoxicity of endotoxin and the role of oxygen free radicals released from the endothelial cells in endotoxin-induced endothelial cell cytotoxicity. Methods: First, to investigate whether endotoxin is cytotoxic to HUVE by itself, various doses of endotoxin were added to culture medium and cytotoxicity was measured. Second, to evaluate the possible role of oxygen free radical in endotoxin-induced HUVE cytotoxicity, various antioxidants were added on the endotoxin-induced HUVE cytotoxicity and cytotoxicity was measured. Third, to verify the release of oxygen free radicals from HUVE, the concentrations of hydrogen peroxide in the endotoxin-treated culture supernatant were measured. Finally, to observe the cytotoxic effect of hydrogen peroxide, HUVE cytotoxicity in the presence of various doses of hydrogen peroxide was measured. The fourth generations of subcultured HUVE from primary culture were used. The cell cytotoxicity was quantified by the chromium-51 release assay. Results: 1) Endotoxin alone showed HUVE cytotoxicity in a dose-dependent fashion. 2) Endotoxin-induced HUVE cytotoxicity was significantly attenuated by the pretreatment of catalase and DMTU. 3) Hydrogen peroxide was released from HUVE after endotoxin treatment in a dose-dependent fashion. 4) Exogenous hydrogen peroxide also showed HUVE cytotoxicity in a dose-dependent fashion. Conclusion: These results suggest that endotoxin alone can directly injure HUVE, and, oxygen-free radicals released from HUVE in response to endotoxin may also participate in the endotoxin-induced HUVE cytotoxicity.

연구배경: 폐포-모세혈관 투과성의 증가에 의한 폐부종을 특징으로하는 성인성 호홉곤란증후군(ARDS)의 발병기전은 아직 명확히 밝혀져 있지 않다. 폐포-모세혈관 투과성의 증가는 폐 혈관 내피세포의 손상에 의한 것으로 알려져 있어 폐포-모세혈관 투과성 증가의 기전을 이해하기 위해서는 폐혈관 내피세포 손상의 기전을 규명하는 것이 필요하다. 혈관 내피세포 손상은 주로 활성화된 호중구에서 분비된 염증매개성 물질에 의한다고 생각되고 있다. 그러나 최근 들어 내피세포 손상에서 호중구와 무관한 새로운 기전의 존재를 시사하는 결과들이 알려지고 있다. 본 연구에서는 호중구나 활성화된 보체의 도움없이 내독소만에 의해 혈관 내피세포의 손상이 발생하는 지, 내독소에 의해 혈관 내피세포에서 산소기가 유리되는 지를 관찰하고, 이것이 혈관 내피세포의 손상에 관여하는지를 규명하고자 하였다. 방법: 내독소가 호중구의 도움없이 혈관 내피세포에 손상을 가져오는지를 관찰하기 위해 내독소 투여후 세포독성지표를 측정하였다. 이때 산소기가 관여하는지를 평가하기 위해 여러 항산화제로 전처치한 후 내독소에 의한 세포독성을 측정하였다. 다음 단계로 내독소에 의한 혈관 내피세포에서의 산소기 분비 유무를 관찰하고자 내독소 처치후 배양액내의 과산화수소 농도를 측정하였다. 마지막으로 과산화수소의 세포독성 유무를 관찰하고자 과산화수소 처치후 세포독성검사를 시행하였다. 모든 실험에서 일차 배양한 HUVE의 제4세대 계대배양 세포를 사용하였고 세포독성검사는 51Cr유리법을 사용하였다. 결과: 1) 내독소 단독 처치시 혈관 내피세포의 손상이 관찰되었는데, 이는 용량-반응관계를 보였다. 2) 내독소에 의한 혈관 내피세포의 손상은 catalase와 DMTU에 의하여 각각 유의하게 억제되었다. 3) 내독소에 의해 혈관 내피세포로 부터 과산화수소가 용량-반응관계를 보이면서 분비되었다. 4) 과산화수소는 혈관 내피세포독성을 보이고 이는 catalase와 DMTU 전처치로 완화되었다. 결론: 내독소는 단독으로 혈관 내피세포독성을 보이며 이때 혈관 내피세포에서 분비된 산소기가 세포독성에 관여할 것으로 생각된다.