Circulating Cytokine Levels and Changes During the Treatment in Patients with Active Tuberculosis in Korea

Background : The cell-mediated immune reaction to tuberculosis infection involves a complex network of cytokines. The extent of inflammation, tissue damage and severity of the disease suggested to be determined by the balance between extent and duration of the proinflammatory cytokine response versus those of the suppressive cytokines. The systemic cytokine response in pathogenesis of tuberculosis can be assessed by measuring serum cytokine levels. Method : Serum interleukin-1 beta(IL-$1{\beta}$), IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12(p40), tumor necrosis factor-alpha(TNF-${\alpha}$), interferon-gamma(IFN-${\gamma}$) and transforming growth factor-beta(TGF-${\beta}$) levels were measured in 83 patients with pulmonary tuberculosis, 10 patients with endobronchial tuberculosis before treatment and 20 healthy subjects by using a sandwich ELISA. In patients with pulmonary tuberculosis, they were divided into mild, moderate and far advanced group according to the severity by ATS guidelines. To compare with those of pretreatment levels, we measured serum IL-$1{\beta}$, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12(p40), TNF-${\alpha}$, IFN-${\gamma}$ and TGF-${\beta}$ levels in 45 of 83 patients with pulmonary tuberculosis after 2 and 6 months of treatment. Results : 1) In sera of patients with active pulmonary tuberculosis(n=83), IL-$1{\beta}$, IL-6(p<0.05), TNF-${\alpha}$, and IFN-${\gamma}$ were elevated and TGF-${\beta}$ was decreased comparing to control. IL-2, Il-12(p40), IL-4 and IL-10 were similar between the patients with tuberculosis and control. 2) In endobronchial tuberculosis, IL-6 and TNF-${\alpha}$ were elevated and TGF-${\beta}$ was decreased comparing to control. IL-12(p40) seemed to be elevated comparing to pulmonary tuberculosis. 3) Far advanced tuberculosis showed markedly elevated IL-6 and IFN-${\gamma}$ level(p<0.05). 4) The significant correlations were noted between IL-1, IL-6 AND TNF-${\alpha}$ and between IL-12, Il-2 and IL-4(p<0.01). 5) After 2 and 6 months of standard treatment, the level of IL-6 and IFN-${\gamma}$ was significantly decreased(p<0.05). Conclusion : These results showed that an altered balance between cytokines is likely to be involved in the extent of inflammation, tissue damage and severity of the disease tuberculosis. But, it should be considered diversities of cytokine response according to type of tuberculosis and immunity in clinical application and interpreting future studies.

결핵 환자의 치료경과 중 혈청 내 Cytokine 분비와 변화

연구배경 : 결핵균 항원으로 세포 매개성 면역반응이 활성화되면 여러 종류의 cytokine이 분비되고 각기 다른 cytokine과 network system으로 작용하여 여러 병태생리적인 과정을 조절한다. 결핵 환자에서 염증반응, 조직파괴 및 질환의 중증도는 proinflammatory cytokine과 suppressive cytokine의 균형과 조합에 의하여 결정되며, 결핵 진행의 제한과 악화에 중요한 역할을 할 것으로 생각되고 있다. 따라서 결핵의 이환과정에서 cytokine의 분비 및 변화와 역할을 파악하는 것이 질환의 병태생리를 이해하는데 크게 도움이 될 수 있다. 대상 및 방법 : 활동성 폐결핵 83명, 기관지 결핵 10명의 치료전과 정상 대조군 20명에서 말초혈액을 채취하여 혈청을 분리하여 $-70^{\circ}C$에 보관하였고, sandwich ELISA 방법을 이용하여 혈청 IL-$1{\beta}$, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12(p40), TNF-${\alpha}$, IFN-${\gamma}$, TGF-${\beta}$를 측정하였다. 폐결핵 환자 83명을 ATS guideline에 따라 중증도를 분류하였고, 추적관찰 중 탈락자를 제외한 45명에서 초치료 2개월과 6개월 후 각각 혈청 sIL-$1{\beta}$, IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-12(p40), TNF-${\alpha}$, IFN-${\gamma}$, TGF-${\beta}$를 재측정하였다. 결 과 : 1) IL-$1{\beta}$, TNF-${\alpha}$, IFN-${\gamma}$는 폐결핵 환자에서 대조군에 비하여 증가된 경향을 보였고(p>0.05), IL-6는 폐결핵군에서 통계적으로 유의하게 증가되었다(p<0.05). TGF-${\beta}$는 폐결핵과 기관지 결핵환자에서의 분비가 대조군에 비하여 감소된 경향을 보였으며(p>0.05), IL-2, IL-12(p40), IL-4, IL-10은 대조군과 폐결핵 환자에서 별다른 차이를 보이지 않았다. 2) 기관지 결핵 환자에서 IL-6, TNF-${\alpha}$는 대조군에 비해 증가되고 TGF-${\beta}$는 감소된 경향을 보였다(p>0.05). 폐결핵에 비해 IL-12(p40)의 분비는 증가된 경향을 보였다. 3) 결핵의 중증도가 심할수록 IFN-${\gamma}$와 IL-6가 유의하게 증가하였고(P<0.05), 특히 중증군에서 현저하였다. 4) 폐결핵 환자에서 치료전 측정한 IL-$1{\beta}$, IL-6, TNF-${\alpha}$ 간 및 IL-2, IL-4, IL-12 간에는 강한 양의 상관관계를 보였다(p<0.01). 5) 폐결핵 환자 45명에서 측정한 IL-6와 IFN-${\gamma}$는 치료후 2개월과 6개월에 각각 통계적으로 유의하게 감소되었다(p<0.05). 결 론 : 이상의 결과로 결핵의 병태생리에 있어서 여러 cytokine간의 균형과 조합의 변화가 숙주의 염증, 조직파괴 및 결핵의 중증도와 관련되어 있을 것으로 생각되지만 결핵의 형태나 면역반응 정도에 따른 다양성을 보여서 결과의 해석과 cytokine 측정의 임상적 이용에 대한 연구가 더욱 필요할 것으로 사료된다.