The Role of Protein Kinase C in Acute Lung Injury Induced by Endotoxin

내독소에 의한 급성폐손상에서 Protein Kinase C의 역할

Background : The signal pathways and their precise roles for acute respiratory distress syndrome caused by endotoxin (ETX) has not been established. Since there has been several in vitro experiments suggesting that activation of protein kinase C (PKC) pathway may be responsible for endotoxin-induced inflammatory reaction, we performed in vivo experiments in the rats with the hypothesis that PKC-inhibition can effectively prevent endotoxin-induced acute lung injury. Methods : We studied the role of PKC in ETX-induced ALI using PKC inhibitor (staurosporine, STP) in the rat Specific pathogen free male Sprague-Dawley weighted from 165 to 270g were used for the study. Animals were divided into the normal control (NC)-, vehicle control (VC)-, ETX-, PMA (phorbolmyristateacetate)-, STP+PMA-, and STP+ETX-group. PMA (50mg/kg) or ETX (7mg/kg) was instilled through polyethylen catheter after aseptic tracheostomy with and without STP (0.2mg/kg)-pretreatment STP was injected via tail vein 30min before intratracheal injection (IT) of PMA or ETX. Bronchoalveolar lavage (BAL) was done 3-or 6-hrs after IT of PMA or ETX respectively, to measure protein concentration, total and differential cell counts. Results : The results were as follows. The protein concentrations in BALF in the PMA- and ETX-group were very higher than that of VC-group (p<0.001). When animals were pretreated with STP, the %reduction of the protein concentration in BALF was $64.8{\pm}8.5$ and $30.4{\pm}2.5%$ in the STP+PMA- and STP+ETX-group, respectively (p = 0.028). There was no difference in the total cell counts between the PMA-and VC-group (p = 0.26). However the ETX-group showed markedly increased total cell counts as compared to the VC- (p = 0.003) and PMA-group (p = 0.0027), respectively. The total cell counts in BALF were not changed after pretreatment with STP compared to the PMA- (p = 0.22) and ETX-group (p = 0.46). The percentage of PMN, but not alveolar macrophage, was significantly elevated in the PMA-, and ETX-group. Especially in the ETX-group, the percentage of PMN was 17 times higher than that of PMA (p < 0.001). The differential cell counts was not different between the PMA and STP+PMA On the contrary the STP+ETX-group showed decreased percentage of PMN (p = 0.016). There was no significant relationship between the protein concentration and the total or differential cell counts in each group. Conclusion : Pretreatment with PKC-inhibitor (staurosporine) partially but significantly inhibited ETX-induced ALI.

연구배경 : 급성호흡곤란증후군의 발병에 관여하는 내독소의 세포내 신호전달경로와 각경로의 역할은 아직 확실하지 않으나 몇몇 시험관실험에서 내독소가 염증세포내 protein kinase C (PKC) 경로를 활성화한다는 보고들이 있다. 따라서 저자들은 PKC를 미리 차단한 동물에 내독소를 투여하면 내독소에 의한 급성폐손상이 상당 부분 억제될 수 있을 것이라는 가능성을 예측하고 백서를 이용한 생체실험을 시행하였다. 방 법 : 체중이 165g에서 270g사이의 응성 Spa- rague-Dawley를 정상대조군 (normal control; NC-group), 매개물대조군 (vehicle control; VC-group), PMA유발폐손상군 (PMA군), 내독소유발폐손상군 (ETX군), staurosporine전처치-PMA군 (STP+PMA군), staurosporine 전처치-ETX군 (STP+ETX군)등 6군으로 분류하고, 정상대조군에서는 기관지내로의 어떠한 약물도 투여하지않고 기관지폐포세척 (bronchoalveolar lavage, BAL)을 시행하였으며, 매개물대조군에서는 DMSO 200ml를, PMA 및 ETX군에서는 각군에서 PMA (50mg/Kg)와 내독소 (7mg/Kg) 200ml를 각각 기도내로 직접 주입하였다. STP+PMA군 및 STP+ETX군에서는 기관지내로 PMA 또는 내독소를 투여하기 30분전에 STP 0.2mg/Kg를 체중당 1ml의 양으로 정주하였다. BAL은 EDTA 3mM을 혼합한 PBS 용액을 1회에 23ml/Kg의 양으로 three-way valve를 통해 주입하고 모두 6회 실시하였다. 처음 2회 세척액은 원심분리후 상층액 3ml로 단백질농도를 측정하였고 하층의 세포성분은 나머지 세척액과 혼합하여 총세포수와 세포백분율을 계산하였다. VC군에서는 기도내로 0.1% DMSO를 주입한 후 3시간 및 6시간에 BAL을 실시하였다. PMA 및 STP+PMA군에서는 PMA의 기관지주입후 3시간째에 BAL을 실시하였고 ETX 및 STP+ETX군에서는 ETX의 기관지주입후 6시간째에 BAL을 시행하였다. 결 과 : BALF내 단백질농도는 PMA군과 ETX군에서 매개물대조군에 비해 아주 높은 단백질농도를 보였다 (p<0.001). STP로 전처치하였을 경우, BALF내 단백질농도 감소율은 STP+PMA군에서 $64.8{\pm}8.5%$, STP+ETX군에서는 $30.4{\pm}2.5%$로 양군간에 의미있는 차이를 보였다 (p = 0.028). BAL내 총세포수는 PMA군에서는 매개물대조군과 차이가 없었으나 (p = 0.26), ETX군에서는 매개물대조군 (p = 0.003)과 PMA군 (p = 0.0027에 비해 매우 증가하였다. BAL내 총세포수는 STP로 전처치하여도 PMA군과 ETX군 모두에서 변화가 없었다 (p = 0.46). 각 세포구성분의 백분율과 수에서 PMA 및 ETX로 자극하였을 때 정상대조군에 비해 PMA 군, ETX군에서 호중구의 세포수는 증가하나 대식세포의 세포수는 증가가 없어, 상대적으로 호중구의 백분율은 증가하고 대식세포의 구성백분율은 감소하였는데 특허 ETX군에서의 호중구 백분율은 PMA의 경우 보다 17배나 높았다 (p < 0.001). STP로 전처치 한 경우, STP+PMA군과 PMA군 사이에서는 세포의 구성백분율은 차이가 없었으나, STP+ETX군에서는 (p =0.016) PMA와 ETX에 대한 STP의 처리 효과는 일치하지 않았다. PMA군과 ETX군에서 BALF내 단백질농도가 전체세포, 호중구 혹은 대식세포의 수 또는 구성백분율과 상관관계가 있는지 살펴보았으나, 어느세포도 BALF내 단백질농도와는 상관관계가 없었다. 결 론 : PKC 신호전달로를 차단함으로서 내독소에 의한 급성 폐손상의 정도가 부분적이지만 유의하게 감소되므로 PKC 신호전달로가 내독소의 염증성대사에 일부 관여하는 것으로 생각된다.