Bleomycin 유도 폐 섬유화에 있어서 성장인자 및 Cytokine의 역할

Role of Growth Factors and Cytokines on Bleomycin Induced Pulmonary Fibrosis

연구배경 : 특발성 폐 섬유화확 병인론으로 폐포염과 폐에 침윤한 염증세포 및 폐 조직자체의 실질세포들이 성장인자를 포함한 다양한 cytokine을 분비하여 실질조직을 구성하는 세포에 손상을 야기함으로써 종국에는 섬유화를 초래하는 것으로 이해하고 있다. 그러나 이들에 대한 개괄적인 연구가 부족하고 매개체 각각에 대한 단편적인 논문들뿐이어서 본 연구에서는 BLM유도 폐 손상및 섬유화의 발생기전에 있어서 IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$와 TGF-${\beta}_1$, PDGF, bFGF들의 역할을 규명하고자 하였다. 방 법 : Wistar백서를 정상대조군, BLM투여군, BLM과 비타민 E병합투여군으로 나누었고 BLM 투여후 제 1, 2, 3, 4, 5, 7, 14, 21, 28일에 각각 도살한 다음 기관지폐포 세척술을 시행하여 시기별 총 세포수, 세포 구성성분비율을 살펴보았고 TGF-${\beta}_1$, PDGF, bFGF, IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$에 대한 면역조직화학 염색, TGF-${\beta}_1$ mRNA에 대한 동소보합결합검사를 시행, 각 매개체의 생성소, 발현분포 및 정도를 분석하였다. 결 과 : BLM 투여후 1~7 일에 중성구와 기관지상피세포에서 생성된 IL-1, IL-6는 폐손상부위로 원하는 것으로 생각되며 7일이내에 기관지상피세포에서의 IL-1, IL-6 의 양성발현은 기관지상피세포가 BLM 유도 폐 섬유화시 기도주변에서 일어나는 염증 및 면역반응을 항진 및 유지시키는 간접증거로 생각된다. TNF-$\alpha$는 BLM투여후 1~5일에는 기관지상피세포, 중성구가 주생성소로 폐손상부위로의 염증세포의 이동에 주요역할을 하는 것으로 생각되며 7~28일에는 대식세포가 주생성소로서 섬유화를 촉진시키는 것으로 생각된다. TGF-${\beta}_1$은 기관지 상피세포, 대식세포가 주생성소로서 섬유모세포가 표적세포로 생각되며 섬유모세포가 세포외 기질을 생성하도록 자극하고 대식세포에서 유리된 PDGF와 함께 섬유모세포의 증식을 자극한다. 대식세포 및 섬유모세포에서 유리된 bFGF는 TGF-${\beta}_1$과 함께 교원질과 같은 세포외기질의 생성을 자극하는 것으로 여겨진다. 비타민 E와 BLM 병합투여군의 경우 6가지 성장인자 및 cytokine의 발현세포는 같았으나 발현세포수는 극히 미미하였고 trichrome염색상 섬유화도 미약하였다. 결 론 : BLM으로 인한 혈관내피 및 폐포상피세포 손상이후 침윤한 중성구 및 기관지 상피세포가 IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$를 분비하여 BLM투여 1~7 일에 많은 수의 중성구를 동원하도록 유도하며 이들이 유리하는 다양한 효소 및 산소유리기가 폐의 정상구조를 파괴하여 섬유화를 시작하게 하는 것으로 생각한다. 손상이 진행됨에 따라 BLM투여 7~28 일에 대식세포가 유리하는 TGF-${\beta}_1$, PDGF, bFGF, TNF-$\alpha$는 섬유모세포를 자극, 이들의 증식을 유도하고 또한 세포외기질의 생성증가를 유도하여 폐 섬유화를 진행시키는 것으로 사료되며 TNF-$\alpha$는 BLM투여후 전 기간에 걸쳐 다수의 세포에서 발현된 점으로 미루어 섬유화에 있어서 TGF-${\beta}_1$ 못지않은 중요한 역할을 하는 것으로 여겨진다. 또한 비타민 E가 BLM유도 폐 손상으로 인한 폐 섬유화의 정도를 감소시키는 것으로 생각한다.

Background : It is now thought that the earliest manifestation of idiopathic pulmonary fibrosis is alveolitis, that is, an accumulation of inflammatory and immune effector cells within alveolar walls and spaces. Inflammatory cells including alveolar macrophages and resident normal pulmonary tissue cells participate through the release of many variable mediators such as inflammatory growth factors and cytokines, which contribute to tissue damage and finally cause chronic pulmonary inflammation and fibrosis. This study was performed to investigate the source and distribution pattern of transforming growth factor-${\beta}_1$(TGF-${\beta}_1$), platelet derived growth factor(PDGF), basic fibroblast growth factor(bFGF), interleukin 1(IL-1), interleukin 6(IL-6), tumor necrosis factor-$\alpha$ (TNF-$\alpha$) and the role of these mediators on bleomycin(BLM)-induced pulmonary injury and fibrosis in rats. Method : Wistar rats were divided into three groups(control group, BLM treated group, BLM and vitamine E treated group). Animals were sacrificed periodically at 1, 2, 3, 4, 5, 7, 14, 21, 28 days after saline or BLM administration. The effects were compared to the results of bronchoalveolar lavage fluid analysis, light microscopic findings, immunohistochemical stains for six different mediators(TGF-${\beta}_1$, PDGF, bFGF, IL-1, IL-6 and TNF-$\alpha$) and mRNA in situ hybridization for TGF-${\beta}_1$. Results : IL-1 and IL-6 are maximally expressed at postbleomycin 1~7th day which are mainly produced by neutrophils and bronchiolar epithelium. It is thought that they induce recruitment of inflammatory cells at the injury site. The expression of IL-1 and IL-6 at the bronchiolar epithelium within 7th day is an indirect evidence of contribution of bronchiolar epithelial cells to promote and maintain the inflammatory and immune responses adjacent to the airways. TNF-$\alpha$ is mainly produced by neutrophils and bronchiolar epithelial cells during 1~5th day, alveolar macrophages during 7~28th day. At the earlier period, TNF-$\alpha$ causes recruitment of inflammatory cells at the injury site and later stimulates pulmonary fibrosis. The main secreting cells of TGF-${\beta}_1$ are alveolar macrophages and bronchiolar epithelium and the target is pulmonary fibroblasts and extracellular matrix. TGF-${\beta}_1$ and PDGF stimulate proliferation of pulmonary fibroblasts and TGF-${\beta}_1$ and bFGF incite the fibroblasts to produce extracellular matrix. The vitamine E and BLM treated group shows few positive cells(p<0.05). Conclusion : After endothelial and epithelial injury, the neutrophils and bronchiolar epithelium secrete IL-1, IL-6, TNF-$\alpha$ which induce infiltration of many neutrophils. It is thought that variable enzymes and $O_2$ radicals released by these neutrophils cause destruction of normal lung architecture and progression of pulmonary fibrosis. At the 7~28th day, TGF-${\beta}_1$, PDGF, bFGF, TNF-$\alpha$ secreted by alveolar macrophages sting pulmonary fibroblasts into proliferating with increased production of extracellular matrix and finally, they make progression of pulmonary fibrosis. TNF-$\alpha$ compares quite important with TGF-${\beta}_1$ to cause pulmonary fibrosis. Vitamine E seems to decrease the extent of BLM induced pulmonary fibrosis.