Neutrophil Chemotactic Activity in Bronchoalveolar Lavage Fluid of the Rats Exposed to Hyperoxia

고농도의 산소에 노출시킨 쥐의 기관지폐포세척액내 호중구 화학주성활성화도

Background : An excessive accumulation of neutrophils in lung tissue has been known to play an important role in mediating the tissue injury among the adult respiratory distress syndrome, idiopathic pulmonary fibrosis and cystic fibrosis by releasing toxic oxygen radicals and proteolytic enzymes. Therefore, it is important to understand a possible mechanism of neutrophil accumulation in lung tissue. In many species, exposure to hyperoxic stimuli can cause changes of lung tissues very similar to human adult respiratory distress syndrome and neutrophils are also functioning as the main effector cells in hyperoxic lung injury. The purpose of the present study was to examine whether neutrophils function as a key effector cell and to study the nature of possible neutrophil chemotactic factors found in bronchoalveolar lavage fluid from the hyperoxia exposed rats. Methods : We exposed the rats to the more than 95% oxygen for 24, 48, 60 arid 72 hours and bronchoalveolar lavage(BAL) was performed. Neutrophil chemotactic activity was measured from the BAT- fluid of each experimental groups. We also evaluated the molecular weight of neutrophil chemotactic tractors using fast performance liquid chromatography and characterized the substances by dialyzer membrane and heat treatment. Results : 1) The neutrophil proportions in bronchoalveolar lavage fluid began to rise from 48 hours after oxygen exposure, and continued to be significantly increased with exposure times. 2) chemotactic index for neutrophils in lung lavages from rats exposed to hyperoxia was significantly higher in 48 hours group than in control group, and was significantly increased with exposure time. 3) No deaths occured until after 48 hours of exposure. However, mortality rates were increased to 33.3 % in 60 hours group and 81.3 % in 72 fours group. 4) Gel filtration using fast performance liquid chromatography disclosed two peaks of neutrophil chemotactic activity in molecular weight of 104,000 and 12,000 daltons. 5) Chemotactic indices of bronchoalveolar lavage fluid were significantly deceased when bronchoalveolar lavage fluid was treated with heat ($56^{\circ}C$ for 30 min or $100^{\circ}C$ for 10 min) or dialyzed (dialyzer membrane molecular weight cut off : 12,000 daltons). Conclusion : These results suggested that the generation of neutrophil chemotactic factor and subsequent neutrophil influx into the lungs are playing an important roles in hyperoxia-induced acute lung injury. Neutrophil chemotactic factor in the lung lavage fluids consisted of several distinct components having different molecular weight and different physical characteristics.

연구배경 : 호중구는 성인형 호흡곤란증후군, 폐기종 및 원발성 폐섬유화증 등 여러 폐질환에서 과도하게 폐에 침착되어 여러 가지 독설 물질을 분비하여 조직 손상을 일으키는 것으로 알려져 있어, 말초혈액 호중구가 폐포나 간질조직으로 이동하는 기전을 이해하는 것은 매우 중요하다. 저자들은 급성 폐손상의 동물실험모델로 흰쥐에 고농도 산소를 추여하여 급성 폐손상을 일으킨 후 기관지폐포세척액내 호중구 및 호중구에 대한 화학주성능이 증가하였는지 그리고 이러한 변화가 고농도산소 노출 시간에 따라 차이가 있는지를 관찰하였으며, 또한 호중구 화학주성인자의 분자량 및 물리적 특성을 알아보았다. 방법 : 고농도산소를 투여할수 있는 기구(hyperoxic chamber)를 만들어 95%이상의 산소를 흰쥐에 24, 48, 60, 72시간 투여하였으며 각군의 쥐에서 기관지폐포세척을 실시하여 얻은 세척액내 호중구의 증가여부를 관찰하였고 호중구의 화학주성능은 정상인의 말초혈액내 호중구를 대상으로 Neuroprobe 48 well chemotactic chamber를 이용하여 계산하였다. 또한 기관지 폐포세척액을 열처리하거나 cellulose membrane에 filter 시켰을 때 화학주성능의 변화여부를 관찰하였고 FPLC(Fast performance liquid chromatography)로 분자량을 측정하였다. 결과 : 1) 기관지폐포세척액내 호중구는 대조군에 비해 고농도 산소 노출 48시간에서부터 증가하여 노출 시간이 길수록 유의하게 증가하였다. 2) 기관지폐포세척액의 호중구 화학주성능 (chemotactic index)도 대조군에 비해 고농도 산소 노출 48시간에부터 유의하게 증가하기 시작하여 노출 시간이 길수록 유의하게 증가되었다. 3) 흰쥐는 48시간까지는 한마리도 사망하지 않았으나 60시간에 33.3 %, 72시간에 81.3 %의 사망률로 현저히 증가하였다. 4) FPLC를 이용하여 호중구 화학주성인자를 분석하였을 때 chemotactic index는 분자량이 104,000과 12,000 dalton에서 peak를 나타냈다. 5) 48시간과 60시간 및 72시간 노출군에서 기관지폐포세척액을 $56^{\circ}C$에서 30분과 $100^{\circ}C$에서 10된 열처리 후 chemotactic index는 열처리 전보다 모두 유의하게 감소하였으며, 48시간과 60시간 노출군에서 12,000 dalton 이하의 물질을 dialysis 후 chemotactic index도 dialysid 전에 비해 유의하게 감소하였다. 결론 : 이상의 결과로서 흰쥐에 고농도의 산소를 40시간 이상 노출시키면 기관지폐포세척액에 호중구 화학주성인자가 증가되고 그에 따라 호중구가 폐에 증가하여 급성 폐손상을 일으키고, 이때 나타나는 호중구 화학주성인자는 분자량이 작은 것 뿐 아니라 큰 것까지 다양하며, 열에 대해 약한 것 뿐 아니라 강한 성분 등 여러가지가 있음을 관찰하였으며 앞으로 이들 성분에 대한 연구가 더욱 진행되어야 할 것으로 생각된다.