Plasma G-CSF and GM-CSF Concentrations and Expression of their Receptors on the Granulocyte in Children with Leukocytosis

Purpose : Granulocyte-colony stimulating factor(G-CSF) and granulocyte macrophage-colony stimulating factor(GM-CSF) are principal cytokines in granulopoiesis and their physiologic effects are mediated through binding to specific cell surface receptors. Although it is known that the level of serum G-CSF and GM-CSF, and presentation of the receptors are increased in infectious diseases, there have been no studies to find the correlation between the granulopoiesis and leukocytosis. This study was designed to measure G-CSF and GM-CSF in leukocytosis and in control and to demonstrate the possible pathogenesis of granulopoiesis in leukocytosis using quantitative analysis of G-CSF, GM-CSF and their CSFr. Methods : The plasma levels of G-CSF, GM-CSF of 13 children without leukocytosis and 14 children with leukocytosis were measured. Counts of cell surface G-CSFr and GM-CSFr were measured by combining anti G-CSFr and anti GM-CSFr monoclonal antibodies to their respective receptors by using quantitative flow cytometric assay. Results : There was no significant difference betweeen the plasma concentration of G-CSF and GM-CSF in acute leukocytosis and in the control group. However, levels of G-CSFr in acute leukocytosis decreased significantly compared to the control(P=0.012) and the levels of GM-CSFr in both groups revealed no significant difference. Conclusion : Increase in the number of leukocyte in leukocytosis was mediated by increasing the number of neutrophil, and increased plasma concentration of G-CSF may be the cause of neutrophilia. But GM-CSF did not have any influence on leukocytosis.

백혈구 증가증 환아의 혈장내 G-CSF와 GM-CSF의 농도 및 과립구에서의 이들 수용체의 발현

목 적 : G-CSF와 GM-CSF는 과립구생성에 중요한 사이토카인으로서, 각각의 수용체 G-CSFr과 GM-CSFr에 결합하여 기능을 하게 되며, 이들 수용체들은 미성숙 골수 세포로부터 성숙 된 말초 과립구까지 발현된다. 일반적으로 혈중 G-CSF와 GM-CSF의 농도 및 이들 수용체의 발현은 과립구가 증가하는 감염질환에서 변화한다고 알려져 있으나, 백혈구 증가증에서 과립구수 증가와 관련된 변화에 대해서는 아직 연구된 바가 없다. 본 연구에서는 백혈구 증가증 환아와 정상아의 혈중 G-CSF와 GM-CSF의 농도를 측정하고 말초혈액의 과립구 표면에 존재하는 이들의 수용체를 정량분석하였으며, 활동성이 있는 수용체 발현 양에는 어떤 변화가 있는 지를 분석하여 백혈구 증가증 환아의 과립구 수 증가와 G-CSF와 GM-CSF 및 이들 수용체 변화의 관련성을 규명하고자 하였다. 방 법 : 정상 대조군으로서 비감염성 질환으로 입원한 같은 연령대의 아동 중 말초혈액 백혈구 수 및 중성구 수가 정상인 아동 13명과 급성기 초기의 백혈구 증가증 환아 14명, 총 27명의 혈중 G-CSF와 GM-CSF의 농도를 측정하였고 세포표면 G-CSFr와 GM-CSFr의 발현양은 각각 항 G-CSF 수용체 단 클론항체, 항 GM-CSF 수용체 단클론항체와 혼합 후 유세포 분석기를 이용하여 정량적으로 분석하였으며, 활동성 G-CSFr, GM-CSFr의 양적변화를 유세포 분석기를 이용하여 측정하였다. 결 과 : 백혈구 증가증 환아의 총 백혈구 수는 $24,100{\pm}6960/{\mu}L$로 정상 대조군 $8,680{\pm}378/{\mu}L$에 비해 유의하게 증가되었으며 중성구 수는 백혈구 증가증 환아에서 유의하게 증가되어 있었으나($20,800{\pm}2120/{\mu}L$ vs $3,360{\pm}2,120/{\mu}L$) 단구수는 차이가 없었다. 혈중 G-CSF의 농도 $164.0{\pm}187.5pg/mL$는 정상 대조군 $71.9{\pm}94.1pg/mL$과 감소된 경향을 보였으나 통계적으로 유의한 차이가 없었고(P=0.217) 혈중 GM-CSF의 농도도 유의한 차이가 없었다(P=0.968). 백혈구 증가증 환아의 중성구의 G-CSFr 발현양 $963.6{\pm}575.7$은 정상대조군 $1711.1{\pm}452.6$에 비해 유의한 감소를 보였으며(P=0.012), 백혈구 증가증 환아의 중성구의 GM-CSFr의 발현양 $471.7{\pm}217.0$은 정상 대조군의 $854.8{\pm}383.0$과 통계적으로 유의한 차이가 없었다(P=0.220). 항 G-CSFr항체는 수용체가 G-CSF와 결합하고 나면 수용체에 결합하지 못하는 epitope에 대한 항체로 보여지며, 수용체를 포화시키기에 충분한 과량의 CSF와 배양시킨 후 포화농도에도 결합하지 않은 수용체의 양을 측정하면 남은 수용체 즉, 활동성 수용체 수는 감소하게 되는데, 백혈구 증가증 환아에서 과량의 G-CSF에 배양한 후 감소된 중성구 G-CSFr의 발현양은 $407.8{\pm}405.1$로 정상 대조군의 $1,012.2{\pm}488.5$에 비해 유의한 감소를 보였고(P=0.050), 혈중 G-CSF 농도 및 혈중 GM-CSF 농도와 무관하였다(P=0.735, P=0.087). 백혈구 증가증 환아와 정상대조군에서 수용체를 포화시키기에 충분한 과량의 GM-CSF에 배양한 후 중성구의 GM-CSFr의 발현양을 분석한 결과는 발현이 증가된 소견을 보였다. 증가된 중성구의 GM-CSFr의 발현 양은 정상아 및 백혈구 증가증 환아에서 유의한 차이가 없었다(P=0.828). 결 론 : 백혈구 증가증에서는 중성구 수 증가에 의하여 총 백혈구 수가 증가되고 혈중 G-CSF의 농도는 중성구 증가의 원인으로 생각되며 G-CSFr과 결합하여 백혈구 증가증을 일으키는 것으로 보인다. GM-CSF 농도 및 GM-CSFr은 백혈구 증가에 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.