Changes in Distribution and Morphology of Rat Alveolar Macrophage Subpopulations in Acute Hyperoxic Lung Injury Model

고농도 산소로 유발한 흰쥐의 급성폐손상모델에서 폐포대식세포 아형군의 분포와 형태 변화

Background : In acute lung injury, alveolar macrophages play a pivotal role in the inflammatory process during the initiation phase and in the reconstruction and fibrosis process during the later phase. Recently, it has been proven that alveolar macrophages are constituted by morphologically, biochemically and immunologically heterogenous cell subpopulations. The possibility of alterations to these characteristics of the alveolar macrophage population during lung disease has been raised. To investigate such a possibility a hyperoxic rat lung model was made to check the distributional and morphological changes of rat alveolar macrophage subpopulation in acute hyperoxic lung injury. Method : Alveolar macrophage were lavaged from normal and hyperoxic lung injury rats and separated by discontinuous gradients of percoll. After cell counts of each density fraction were accessed, the morphomeric analysis of alveolar macrophages was performed on cytocentrifuged preparations by transmission electron micrograph. Result : 1. The total alveolar macrophage cell count significantly increased up to 24 hours after hyperoxic challenge (normal control group $171.6{\pm}24.1{\times}10^5$, 12 hour group $194.8{\pm}17.9{\times}10^5$, 24 hour group $207.6{\pm}27.1{\times}10^5$, p<0.05). oHoHH However the 48 hour group ($200.0{\pm}77.8{\times}10^5$) did not show a significant difference. 2. Alveolar septal thickness significantly increased up to 24 hours after hyperoxic challenge(normal control group $0.7{\pm}0.2{\mu}m$, 12 hour group $1.5{\pm}0.4{\mu}m$, 24 hour group $2.3{\pm}0.4{\mu}m$, p<0.05). However the 48 hour group did not show further change ($2.5{\pm}0.4{\mu}m$). Number of interstitial macrophage markedly increased at 24 hour group. 3. Hypodense fraction(fraction 1 and fraction 2) of alveolar macrophage showed a significant increase following hyperoxic challenge ($\beta=0.379$.$\beta=0.694$. p<0.05) ; however, fraction 3 was rather decreased following the hyperoxic challenge($\beta=0.815$. p<0.05), and fraction 4 showed an irregular pattern. 4. Electron microscopic observation of alveolar macrophage from each fraction revealed considerable morphologic heterogeneity. Cells of the most dense subfraction(fraction 4) were small, round, and typically highly ruffled with small membrane pseudopods. Cells of the least dense fraction (fraction 1) were large and showed irregular eccentric nucleus and high number of heterogenous inclusions. Conclusion : In conclusion, these results suggest that specific hypodense alveolar macrophage subpopulation may play a an important role in an acute hyperoxic lung injury model But further study, including biochemical and immunological function of these subpopulations, is needed.

연구배경 : 급성폐손상에서 폐포대식세포는 초기에 일어나는 염증반응 뿐 아니라, 후기의 복구 및 섬유화 과정에 관여하는 중요한 세포로 형태, 기능면에서 특성이 다른 여러 세포군으로 구성되어져 있는 것으로 알려져 있다. 95% 이상의 고농도산소로 폐손상을 일으킨 쥐를 12시간군, 24시간군, 48시간군으로 나누어서 고농도 산소 투여시기에 따른 폐포대식세포의 숫적인 변화 및 아형군의 분포변화를 관찰하고, 이들 아형군세포의 형태학적인 차이를 통해서 고농도 산소에 의한 폐손상시에 관련되는 특정 아형세포군이 있는지를 알아보고 이러한 분포의 차이와 조직병리적인 변화를 비교 관찰하였다. 방 법 : Sprague-Dawley계 흰쥐를 대상으로 고농도 산소 투여 후 12시간, 24시간, 48시간 경과시의 폐포대식세포를 추출하여 아형세포군의 분포 및 형태 변화와 조직의 변화를 비교 관찰하였다. 결 과 : 1) 총 폐포대식세포는 정상군 $171.6{\pm}24.1({\times}10^5)$, 12시간군 $194.8{\pm}17.9$, 24시간군 $207.6{\pm}27.1$, 48시간군 $200.0{\pm}77.8$개로 초기 장시간까지는 증가하나 이후에는 유의한 차이를 보이지 않았다. 2) 광학현미경 관찰로 측정한 폐포간질의 두께는 정상군 $0.7{\pm}0.2{\mu}m$, 12시간군 $1.5{\pm}0.4{\mu}m$, 24시간군 $2.3{\pm}0.4{\mu}m$, 48시간군 $2.5{\pm}0.4{\mu}m$로 24시간까지는 시간에 따라서 증가하나 24시간 이후로 유의한 차이는 없었다. 3) 폐포대식세포 분포의 시간 경과에 따른 변화는 fraction 1과 fraction 2는 의미 있게 증가되었으며 fraction 3는 의미 있게 감소하였다. fraction 4는 감소되어지는 양상을 보이나 통계적인 의의는 없었다. 4) 고밀도군에서 주로 관찰되는 세포는 세포 및 핵의 모양이 불규칙적이며 크기가 작고 한쪽으로 치우쳐 있으며, pseudopod, electron dense inclusion의 수가 현저히 많이 관찰됐다. 반면 저밀도군에서 주로 관찰되는 세포는 크기가 크고 세포 및 핵이 둥근형태를 보였다. heterogenous, empty inclusion이 보다 많이 관찰되었고 전반적인 inclusion의 수도 증가했다. 결 론 : 이상의 결과로 고농도산소에 의한 폐손상에서 특정한 폐포대식세포아형군이 폐손상에 중요한 역할을 할 것으로 보여지며 추후 이들 세포군이 증가한 이유 및 기전과 이들 세포군의 기능 및 표현형등에 관한 연구가 계속되어야 할 것이다.