Production of $PGE_2$ and $H_2O_2$ from Alveolar Macrophage Stimulated by Silica

유리규산에 의하여 자극된 폐포 대식세포의 $H_2O_2$와 $PGE_2$ 생성

Background: The pathogenesis of silicosis has been focused on the interaction between alveolar macrophages and silica particle. Although fibrosis in silicosis has been studied extensively, the mechanism is still not fully understood. There is increasing evidence that monokines and arachidonic acid metabolites macrophage are involved in pathogenesis of silicosis. Recently, it was reported that prostaglandin E2 produced from macrophage counteracts the stimulatory effects of other monokines on fibroblast proliferation or collagen production. Until now, it was remained uncertain by which mechanism silica particle may activate alveolar macrophage to an enhanced release of prostaglandin E2. Methods: In order to investigate the relationship between the activity of alveolar macrophage and the production of $PGE_2$ from activated alveolar macrophage, the authors measured hydrogen peroxide and $PGE_2$ from alveolar macrophages activated by silica in vitro and from alveolar macrophages in the silicotic nodules from rat. Experimental silicosis was induced by intratracheal infusion of silica($SiO_2$) suspended in saline(50 mg/ml) in Sprague-Dawley rats. Results: produced by 1) The silicotic nodules with fibrosis were seen from the sections of rat lung at 60 days after intratracheal injection with 50 mg aqueous suspension of silica(Fig. 1). 2) In vitro, silica caused the dose dependent increase of hydrogen peroxide(p<0.05, Fig. 2A) and $PGE_2$(p>0.05, Fig. 2B) release from alveolar macrophages. Alveolar macrophages from rat with silicotic nodules released more hydrogen peroxide and $PGE_2$ than those of control group(p<0.05, Fig. 3). Conclusion: These results suggest that silica particle could activate macrophage directly and enhanced the release of $PGE_2$ and hydrogen peroxide from the alveolar macrophage.

연구배경: 규폐증은 유리규산분진을 흡입하여 폐의 섬유화를 일으키는 질환이다. 최근 규폐증의 섬유화 기전에 대한 연구에서는 유리규산 입자에 의해 자극된 대식세포에서 생산되는 monokine들과 아라킨돈산의 대사산물들의 역할에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 일반적으로 활성화된 대식세포는 세포막으로부터 아라키돈산과 그 대사산물의 분비가 증가한다고 알려져 있으나 아직 유리규산에 의한 대식세포의 활성화와 그에 따른 아라키돈산 대사산물의 생성에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 저자들은 유리규산이 직접적으로 대식세포를 활성화시켜 $PGE_2$의 증가를 유발하는지를 알아보기 위하여 유리규산의 직접적인 자극에 의한 대식 세포의 $H_2O_2$와 $PGE_2$의 생성을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 방법: 시험관내에서 정상 흰쥐에서 분리한 폐포대식세포에 유리규산을 농도별로 가하여 대식세포에서 생성된 $H_2O_2$를 측정함으로써 대식세포의 활성도를 관찰하였고 그 배양액의 상청액에서 $PGE_2$의 생성을 방사선 면역 측정을 통하여 확인하였다. 또 체중 200 gm 흰쥐의 기도내에 유리규산 50 mg을 생리식염수 1ml에 섞어서 주입하고 60일후에 적출한 폐를 조직검사하여 규폐결절 형성을 확인하였고 그 규폐결절을 갖는 흰 쥐에서 분리한 폐포대식세포의 $H_2O_2$와 $PGE_2$의 생성을 같은 방법으로 측정하였다. 결 과: 1) 실험적 규폐증: 유리규산을 흰쥐의 기도내에 주입하고 60일 후에 양쪽 폐를 적출한 결과 육안적으로 평균지름 0.3 cm의 흰반점(macule)의 병변을 주로 우측폐 상엽에서 확인할 수 있었으며 조직학적적 검사를 시행한 결과 대부분의 조직절편에서 규폐결절이 형성됨을 확인할 수 있었다. 규폐결절은 대부분 대식세포와 섬유모세포들로 구성되어 있었으며 섬유화가 진행되어있었다(Fig. 1A). 편광현미경 관찰하에서는 유리규산입자가 규폐결절내에 고루퍼져 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 1B). 2) 유리규산으로 자극한 폐포대식세포의 $H_2O_2$와 Prostaglandin $E_2$ 생성: 시험관내에서 유리규산 0, 100, 200, $400\;{\mu}g/ml$ 농도로 자극한 폐포대식세포에서 생성된 $H_2O_2$의 양은 각각 12.5, 25.3, 49.1, 70.6 nM/mg protein으로 유리규산 농도에 대하여 용량의존성으로 증가하였으며 통계학적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05, Fig. 2A). 또 위와같이 유리규산을 0, 100, 200, $400\;{\mu}g/ml$ 농도로 자극한 폐포대식세포의 배양액에서 측정한 $PGE_2$의 양은 각각 6.01, 8.96, 9.58, 10.16 ng/ml로 유리규산농도에 대하여 용량의존성으로 증가하는 경향을 보였으나 유리규산농도간의 차이는 통계학적으로 유의하지 않았다(Fig. 2B). 규폐결절을 가진 흰쥐의 폐포대식세포에서 생성된 $H_2O_2$와 $PGE_2$의 양은 52.5 nM/mg protein, 15.1 nM/mg protein으로 대조군의 12.5 nM/mg protein, 6.01 ng/ml에 비하여 유의한 증가를 보였다(p<0.05, Fig. 3). 결론: 위와같은 결과로 저자들은 폐포 대식 세포가 유리규산에 의하여 직접적으로 자극되어 활성화되면서 $PGE_2$ 및 $H_2O_2$를 증가시킨다는 사실을 확인할 수 있었다.