The Production and Correlation of Silica Induced Proinflammatory Cytokines and TGF-$\beta$ from Monocytes of Balb/C Mice

Balb/C mouse의 폐장대식세포에서 유리규산 자극에 의한 Proinflammatory Cytokine과 TGF-$\beta$의 생성 및 상관관계

Background: Chronic inhalation of silica induces the lung fiborsis. The alveolar macrophages ingest the inhaled silica; they liberate the pro-inflammatory cytokines such as IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$ and fibrogenic cytokines, TGF-$\beta$ and PDGF. Cytokines liberated from macrophage have pivotal role in pulmonary fibrosis. There is a complex cytokine network toward fibrosis. However, the exact roles and the interaction among the proinflammatory cytokines and TGF-$\beta$, a fibrogenic cytokine, have not been defined, yet. In this study, we investigated silica induced IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ production and the effect of IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$ on the production of TGF-$\beta$ from lung macrophages of Balb/C mice. Method: We extracted the lung of Balb/C mice and purified monocytes by Percoll gradient method. Macrphages were stimulated by silica ($SiO_2$) in the various concentration for 2, 4, 8, 12, and 24 hours. The supernatants were used for the measurement of protein levels by bioassay, and cells for the levels of mRNA by in situ hybridization. Results: The production of IL-6 was not observed till 4 hours, and reached the peak levels at 8 hours after stimulation of silica. The production of TNF-$\alpha$ increased from 2 hours and reached the peak levels at 4 hours after stimulation of silica. The spontaneous TGF-$\beta$ production reached the peak levels at 24 hours. TNF-$\alpha$ upregulated the silica induced TGF-$\beta$ production. Silica induced TGF-$\beta$ production was blocked by pretreated anti-TNF-$\alpha$ antibody. In situ hybridization revealed the increased positive signals at 4 hours in IL-6, at 4 hours TNF-$\alpha$ and 12 hours in TGF-$\beta$. Conclusion: The results above suggest that silica induced the sequential production of IL-6, 1NF-$\alpha$ and TGF-$\beta$ from macrophages and TNF-$\alpha$ upregultaes the production of TGF-$\beta$ from silica-induced macrophages.

연구배경: 유리규산(silica) 자극에 의해 폐장내 대식세포에서 형성되는 proinflammatory cytokines인 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$와 fibrogenic cytokine인 TGF-$\beta$, PDGF는 섬유화 과정에 매우 중요한 역할을 한다. 그러나 이러한 cytokine 의 역할과 상호관련성에 대해서는 아직 확실히 밝혀진 바없다. 본 연구는 Balb/C mouse의 폐장단구세포를 silica로 자극시 형성되는 IL-6, TNF-$\alpha$ 폐섬유화의 발생과 유지에 중요한 역할을 할 것으로 기대되는 TGF-$\beta$ 의 생성을 관찰하고 TGF-$\beta$의 생성에 proinflammatory cytokine이 미치는 영향에 대해서 알아보고자 하였다. 방 법: Balb/C 의 폐장대식세포를 silica로 자극한 후 IL-6, TNF-$\alpha$ TGF-$\beta$의 양을 bioassay로 측정하였고 mRNA의 발현을 in situ hybridization을 통해 관찰하였으며, 대식세포의 TGF-$\beta$ 생성에 대한 IL-1$\beta$, IL-6, TNF-$\alpha$의 영향을 알기 위하여 L-1, IL-6, TNF-$\alpha$에 대한 중화항체를 이용하여 대식세포의 TGF-$\beta$의 생성 억제 유, 무를 관찰하였다. 결 과: Silica로 대식세포자극시 TNF-$\alpha$는 초기 4 시간째 최고의 생성능을 보였으며, IL-6 는 silica 0.2 ${\mu}g/ml$의 농도에서 배양 8 시간째 생성능이 가장 높았고 배양 12 시간째는 다시 감소하였다가 24시간째 증가하는 biphasic한 소견을 보여 주었다. TGF-$\beta$는 silica의 양과 관계없이 배양 24시간째 자연생성능뿐 아니라, silica로 자극시에도 증가되었다. Silica와 TNF-$\alpha$ 50ng/ml을 함께 자극시 TGF-$\beta$의 생성은 현저히 증가되었으며, TNF-$\alpha$ 50 ng/ml과 IL-6 50 ng/ml으로 동시 자극시에는 TNF-$\alpha$에 의한 TGF-$\beta$의 형성이 증가하는 경향을 보였다. TNF-$\alpha$의 중화항체를 전처치 후 silica 자극시 TGF-$\beta$의 생성능을 억제시킴을 관찰할 수 있었다. Anti-IL-$\beta$, anti-IL-6, anti-TNF-$\alpha$ antibody 모두를 통시에 투여하였을 때도 silica에 의한 TGF-$\beta$의 생성능을 억제시킴을 관찰할 수 있었다. Silica 자극 후 대식세포의 in situ hybridization에서 TNF-$\alpha$ mRNA는 2시간째부터 발현되었고 IL-6 mRNA는 4 시간째부터 발현된 후 8 시간째 소실되었고 TGF-mRNA는 12 시간째 가장 강한 발현을 보였다. 결 론: Silica 자극에 의해 폐장대식세포는 자극 초기에는 TNF-$\alpha$가 가장먼저 형성되고 후기에 TGF-$\beta$가 형성되며 TNF-$\alpha$가 TGF-$\beta$ 형성에 중요한 역할을 할 것으로 사료되었다.