The Effect of Heat Shock Response on the Tumor Necrosis Factor-$\alpha$-induced Acute Lung Injury in Rats

Tumor Necrosis Factor-$\alpha$로 유도되는 백서의 급성 폐손상에 열충격반응이 미치는 효과

Background : Heat-treated cells are known to be protected from lysis by TNF, which is considered to play a central role in the pathogenesis of sepsis-induced acute lung injury. The objective of the study was to investigate the effect of heat shock response by heat-pretreatment on the acute lung injury of the rats induced by intratracheally administered TNF-$\alpha$, Methods : We intratracheally instilled either saline or TNF (R&D, 500ng) with and without heat pretreatment in Sprague-Dawley rats weighing 250~350 g. The heated rats were raised their rectal temperature to $41^{\circ}C$ and was maintained thereafter for 13 minutes at 18 h before intratracheal administration of saline or TNF. After 5 h of intratracheal treatment, lung leak, lung myeloperoxidase activity (MPO) and heat shock proteins were measured in rats. Lung leak index was defined as counts per minute of $I^{25}$ in the right lung divided by counts per minutes of $I^{25}$ in 1.0 ml of blood. All data are expressed as means ${\pm}$SE. Results : There is no difference in acute lung leak index ($0.099{\pm}0.024$ vs $0.123{\pm}0.005$) among the rats given saline intratracheally with and without heat pretreatment, but MPO activity showed a decreased tendency in heat-pretreated rats ($4.58{\pm}0.79\;U/g$) compared with heat-unpretreated rats ($7.32{\pm}0.97\;U/g$) (P=0.064). Rats administered TNF intratracheally with heat-pretreatment had decreased lung leak index ($0.137{\pm}0.012$) and lung MPO activity ($5.51{\pm}1.04\;U/g$) compared with those of heat-unpretreated and TNF-administered rats ($0.186{\pm}0.016$, $14.34{\pm}1.22\;U/g$) (P<0.05 in each). There were no significant difference of lung leak index and MPO activity between TNF-treated rats with heat-pretreatment and saline-treated rats with and without heat-pretreatment. Conclusion : The heat shock response attenuated neutrophil recruitment and acute lung leak induced by intratracheal instillation of TNF-in rats.

연구배경 : 패혈증이나 이에 합병된 급성호흡곤란증후군 환자들은 고열을 동반하는 경우가 많다. 발열은 조직의 대사를 항진시키므로 조직내 산소공급에 제한이 초래되는 패혈증 환자들에서 발열이 동반되는 경우 열을 동반하지 않는 경우보다 중요기관의 산소공급이 상대적으로 저하될 가능성이 있다. 반면, 발열상태는 조직내 열충격단백질 (heat shock protein, HSP)의 생성을 유도하여 패혈증에 의한 비가역적인 손상으로부터 세포들을 보호함으로써 생체의 방어기전에 유려하게 작용할 수도 있어 패혈중 이에 합병된 급성 폐손상 환자들의 발열에 대한 임상적 의미는 아직 규명되어 있지않았다. 본 연구는 열을 전처치 하였거나 하지 않은 Sprague-Dawley rat의 기도에 TNF를 주입한 후 TNF에 의해 유도되는 급성 폐손상의 정도를 비교함으로써 열이 급성 폐손상에 미치는 효과를 관찰하고자 하였다. 대상 및 방법 : 급성 폐손상의 지표로는 백서의 우측폐내 $I^{125}$의 분당 측정량 대비 1mL의 혈중내 $I^{125}$의 분당 측정량의 비율로 정의한 단백누출지표와 백혈구의 조직내 침윤정도를 반영하는 myeloperoxidase(MPO)의 활성도를 측정하였다. 결과는 평균(${\pm}$ 표준오차)로 표기하였다. 결 과 : 백서의 기도에 생리식염수를 주입한 백서들은 열을 전처치 하였거나 하지 않은 경우 두 군사이의 단백 누출 지표는 각각 0.099(${\pm}0.024$) 및 0.123(${\pm}0.005$)로서 차이가 없었으며 MPO도 4.58(${\pm}0.79\;U/gm$) 및 7.32(${\pm}0.97\;U/gm$)로서 열을 전처치 할 경우 다소 감소되는 경향(P=0.064)를 보였으나 차이가 없었다. 백서의 기도에 TNF-$\alpha$을 주입한 치료군에서 열 전처치한 백서군은 단백누출지표 0.137(${\pm}0.012$) 및 MPO 7.01(${\pm}0.89\;U/gm$)로서 열 전처치 않은 백서군 단백누출지표 0.186(${\pm}0.015$) 및 MPO 14.11(${\pm}1.08\;U/gm$)에 비해 낮았으며(각 P<0.05) 정상군과는 차이가 없었다. MPO 활성도가 단백 증가되었다(r=0.564, P<0.005). 열 전처치 하지 않은 백서에 비해 열 전처치한 백서의 폐 조직내 HSP 72 단백질의 발현은 열 충격 후 18시간 및 23시간 뒤에도 증가되어 나타났다. 결 론 : 백서에 열을 전처치 할 경우 TNF-$\alpha$로 유도되는 급성 폐손상이 경감되므로 발열이 백서의 방어기전에 유리하게 작용한 것으로 사료되었다.