Particulate Matter from Asian Dust Storms Induces the Expression of Proinflammatory Cytokine in A549 Epithelial Cells

PM₁₀이 A549 Cells에서 전염증성 Cytokine발현에 미치는 영향

Background: $PM_{10}$(Particulate matter with a diameter ($<10{\mu}m$), which is characterized by different environmental conditions, is a complex mixture of organic and inorganic compounds. The Asian dust event caused by meteorological phenomena can also produce unique particulate matter in affected areas. This study investigated the cytokine produced by A549 epithelial cells exposed to particles collected during both the Asian dust pfenomenon and ambient air particles in a non-dusty period. Method: Air samples were collected using a high volume air sampler(Sibata Model HV500F) with an air flow at $500{\ell}/min$ for at least 6 hours. The cytokine messenger RNA(mRNA) was measured using a reverse transcriptase polymerase chain reaction(RT-PCR). The A549 cells were exposed to 10 to $500{\mu}g/m{\ell}$ of a suspension containing $PM_{10}$ for 24 hours. Each was compared with those in the non-exposed control cells. Result: The mRNA levels of interleukin(IL)-$1{\alpha}$, $IL-I{\beta}$, IL-8, and the granulocyte macrophage colony stimulating factor(GM-CSF) increased after veing exposed to $PM_{10}$ in the ambient air particles, compared with those in the non-exposed control cells. The increase in $IL-1{\alpha}$ and IL-8 were dose dependent at a $PM_{10}$ concentration between $100{\mu}g/m{\ell}$ and $500{\mu}g/m{\ell}$. The mRNA level of IL-8 in the A549 epithelial cells was higher during the in the Asian dust period($500{\mu}g/m{\ell}$) than during the non dust period. Conclusion: A549 cells exposed to the $PM_{10}$ collected during the Asian dust period produce more proinflammatory cytokine than during non-dusty period. This cytokine enhances the local inflammatory response in the airways and can also contribute to the systemic component of this inflammatory process.

연구배경: 미세먼지는 여러 가지 유기물과 무기물의 복합체로 그 구성 성분이 시간과 장소에 따라 다르고 모양과 크기도 일정하지 않으며, 특히 지름 $10{\mu}m$이하의 미세먼지 (particulate matter 10; $PM_{10}$)는 흡입이 가능한 입자의 크기여서 하부기관지 및 폐의 가스-교환부분까지 침착하여 호흡기계에 손상을 일으킬 수 있다. 본 연구에서는 황사에 포함된 $PM_{10}$과 비황사 시기에 포집된 $PM_{10}$이 폐상피세포주에 작용하여 전염증성 사이토카인(proinflammatory cytokine) 및 cytokine messenger RNA(mRNA)의 발현에 어떤 영향이 있는지를 관찰하여 기관지 천식과 만성 폐쇄성 폐질환등 호흡기 질환의 증상 악화기전에 미치는 역할을 규명하고자 하였다. 연구방법: 공기 포집기(HV 500F, sibata model)를 이용하여 황사와 비황사 기간에 하루 6시간씩 실외의 장소에서 대기분진을 membrane filter에 포집한 다음, $PM_{10}$입자를 추출하고 폐암 상피세포주인 A549 cells(한국세포은행주)에 $PM_{10}$을 농도에 맞게($10{\mu}g/ml$, $100{\mu}g/ml$, $500{\mu}g/ml$) 노출시켰다. 각각의 노출된 세포로부터 interleukin(IL)-$1{\alpha}$, $IL-1{\beta}$, IL-8, granulocyte macrophage colony stimulating factor(GM-CSF)의 mRNA를 역전사중합효소연쇄반응(reverse transcriptase polymerase chain reaction; RT-PCR) 방법으로 측정하였다. 결 과: 황사 및 비황사 기간 중 포집된 $PM_{10}$을 가했을 시 가하지 않은 대조군에 비하여 $IL-1{\alpha}$, $IL-1{\beta}$, IL-8, granulocyte macrophage colony stimulating factor (GM-CSF)의 m'RNA와 cytokine의 발현이 유의하게 높았으며, 황사 기간의 고농도의 $PM_{10}$에 노출된 세포의 $IL-1{\alpha}$ mRNA는 비황사 기간의 $PM_{10}$에 노출된 세포의 mRNA보다 증가되어 있었다. 결 론: $PM_{10}$은 A549 cells에서 전염증성 사이토카인의 발현을 증가시키고 비황사 기간보다 황사 기간 중 대기 중에서 채취한 $PM_{10}$에 노출된 A549 cells에서 일부의 전염증성 사이토카인의 mRNA발현을 더욱 증가시키는 것을 알 수 있었다. 따라서 황사 기간의 $PM_{10}$에 의한 일부의 전염증성 사이토카인의 발현 증가가 만성 호흡기 질환의 증상 악화기전에 연관되어 있을 가능성을 시사하였다.