Adhesion-induced generation of oxygen free radical from human alveolar macrophages and its mechanisms

폐포대식세포의 부착에 의한 산소유리기 분비능 활성화 및 그 기전

Background : Neutrophils or monocytes separated in vitro by the adherence to plastic surface are known to be activated by surface adherence itself and subsequent experimental data might be altered by surface adherence. In the process of surface adherence, adhesion molecules have a clear role in intracellular signal pathway of cellular activation. Human alveolar macrophages(HAM) are frequently purified by the adherence procedure after bronchoalveolar lavage. But the experimental data of many reports about alveolar macrophages have ignored the possibility of adhesion-induced cellular activation. Method : Bronchoalveolar lavage was performed in the person whose lung of either side was confirmed to be normal by chest CT. With the measurement of hydrogen peroxide release from adherent HAM to plastic surface and non-adherent HAM with or without additional stimulation of phorbol myristate acetate(PMA) or N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP), we observed the effect of the adherence to plastic surface. We also evaluated the effect of various biological surfaces on adhesion-induced activation of HAM. Then, to define the intracellular pathway of signal transduction, pretreatment with cycloheximide, pertussis toxin and anti-CD11/CD18 monoclonal antibody was done and we measured hydrogen peroxide in the culture supernatant of HAM. Results : 1) The adherence itself to plastic surface directly stimulated hydrogen peroxide release from human alveolar macrophages and chemical stimuli such as phorbol myristate acetate(PMA) or N-formyl-methionyl-leucyl-phenylalanine(fMLP) colud not increase hydrogen peroxide release in these adherent macrophages which is already activated. 2) PMA activated human alveolar macrophages irrespective of the state of adhesion. However, fMLP stimulated the release of hydrogen peroxide from the adherent macrophages, but not from the non-adherent macrophages. 3) HAM adherent to A549 cell(type II alveolar epithelium-like human cell line) monolayer released more hydrogen peroxide in response to both PMA and fMLP. This adherence-dependent effect of fMLP was blocked by pretreatment of macrophages with cycloheximide, pertussis toxin and anti-CD18 monoclonal antibody, Conclusion : These results suggest that the stimulatory effect of PMA and fMLP can not be found in adherent macrophage because of the activation of human alveolar macrophage by the adherence to plastic surface and the cells adhered to biologic surface such as alveolar epithelial cells are appropriately responsive to these stimuli. It is also likely that the effect of fMLP on the adherent macrophage requires new protein synthesis via G protein pathway and is dependent on the adhesion between alveolar macrophages and alveolar epithelial cells by virtue of CD11/CD18 adhesion molecules.

식세포인 호중구나 단핵세포는 생체외실험에 사용하기 위한 세포분리법인 플라스틱 표면부착만으로도 세포활성화가 일어나 이후의 실험결과에 영향을 주고 이 과정에 부착분자가 연관되어 있는 것으로 알려져 있다. 폐의 주된 면역세포인 폐포대식세포도 대부분 플라스틱 표면부착에 의해 세포를 분리하므로 사람의 폐포대식세포가 표면부착 자체에 의해 활성화되는지 알아보고 세포활성회에 부착분자와 같은 기전이 관여하는지 밝히기 위해 적어도 한 쪽 폐가 정상인 사람에서 기관지폐포세척술을 통해 얻은 폐포대식세포를 대상으로 표면 부착이 미치는 영향을 과산화수소 분비량 측정으로 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 폐포대식세포는 플라스틱 표면에 부착되면 부착 자체에 의해 과산화수소 분비능이 증가하고 이런 상태에서는 PMA나 fMLP와 같은 추가적인 화학자극물질에 의해 과산화수소 분비가 증가되지 않았다. 2) 여러가지 표면중 A549세포단층에 부착될 경우에만 이후의 PMA와 fMLP자극 모두에 의해 과산회수소 분비가 증가하였다. 3) PMA는 세포 부착여부에 관계없이 과산화수소 분비를 자극하지만 fMLP는 폐포대식세포가 표면에 부착된 상태에서만 자극효과가 나타났고 이런 부착세포에서의 fMLP에 의한 과산회수소 분비 효과는 단백합성억제제인 cycloheximide, G단백차 단제인 일해독소와 $\beta_2$ integrin 부착분자에 대한 항체인 항CD18 단세포항체 3가지 모두의 의해 차단되었다. 이상의 결과로 사람의 폐포대식세포는 플라스틱 부착자체에 의해 활성화되므로 부착 이후의 자극물질에 대한 효과가 반감되지만 폐포상피세포와 같은 생물학적 표면에 부착될 경우에는 이후의 세포자극에 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있었고, PMA는 세포 부착여부에 관계없이 세포를 자극하는 반면 fMLP는 세포 부착상태에서만 자극효과가 나타나며 이런 부착세포에서의 fMLP에 의한 산소유리기 자극효과는 G단백결합 수용체를 통한 새로운 단백합성 과정으로 이루워지면서 $\beta_2$ integrin을 통한 폐포대식세포와 폐포상피세포의 부착에 의존하는 것으로 사료된다.