Role of Group II Phospholipase in the Pulmonary Oxidative Stress of the Acute Lung Injury Induced by Gut Ischemia-Reperfusion

Background: The various pathogeneses of acute respiratory distress syndrome have been suggested but not established yet. In the present study, the role of group II phospholipase $A_2$($PLA_2$) in the pathogenesis of gut ischemia-reperfusion(I/R) induced acute lung injury (ALI), especially in the pulmonary oxidative stress with infiltration of neutrophils was investigated. Material and Method: To induce ALI, reperfusion of mesentery was done for 120 min after clamping of superior mesenteric artery for 60 min in Sprague-Dawley rats that weighed about 300g. To exmaine the role of group II $PLA_2$ in ALI, especially endothelial injury associated with the action of neutrophils, lung myeloperoxidase activity, lung leak index, bronchoalveolar lavage fluid protein were measured, and pulmonary $PLA_2$ activity changes in gut I/R were also measured. The role of group II $PLA_2$in the neutrophilic generation of free radicals was assessed by inhibiting group II $PLA_2$ with rutin, manoalide and scalaradial. Furthermore, to verify the oxidative stress in the lung, histologic and free radical detecting cytochemical electron microscopy were done. Result: After reperfusion, ALI was developed with accumulation of neutrophils in the lung, which was confirmed by the increase of myeloperoxidase activity, lung leak index and bronchoalveolar lavage protein (p<0.001). The pulmonary and intestinal group II $PLA_2$ activities significantly increased after gut I/R which were reversed by rutin(p<0.001). In vitro, cytochrome-c reduction assay denoted the inhibitory effects of rutin, scalaradial and manoalide on the production of free radicals from isolated human neutrophils. Histologically, neutrophilic accumulation and pericapillary edema in the lung after gut I/R was detected by light microscopy which was suppressed by rutin. In $CeCl_3$ cytochemical electron microscopy, the increased production of hydrogen peroxide in the lung after gut I/R was confirmed and also the production of hydrogen peroxide was decreased by rutin. Conclusion: On the basis of these experimental results, the inhibition of group II $PLA_2$ seemed to mitigate gut I/R-induced ALI by suppressing the production of free radicals from the infiltrated neutrophils. Collectively, group II $PLA_2$ seems to play a crucial role in gut I/R-induced ALI by neutrophilic oxidative stress.

장의 허혈-재관류로 유도된 급성 폐손상에서 산화성 스트레스에 관여하는 group II phospholipase 의 역할

배경: 급성 호흡곤란증후군은 다양한 병인에 의해 발병하지만 그 병인론이 아직까지 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 장의 허혈-재관류시에 발병하는 급성 호흡곤란증후군에서 group II phospholipase $A_2$ ($PLA_2$)의 역할을 알아보기 위하여 시행되었다. 특히 폐장내의 호중구의 침윤과 더불어 유발되는 산화성 스트레스에서 group II $PLA_2$의 역할을 규명하려 하였다. 대상 및 방법: 체중 300g 내외의 Sprague-Dawley 종 흰쥐에서 급성 폐손상을 유발하기 위하여 상장간막동맥을 60분간 차단한 후 120분간 재관류를 시행하였다. Group II $PLA_2$가 폐장의 손상, 특히 혈관 내피세포의 손상에 미치는 영향을 호중구의 작용과 연관하여 알아보기 위하여 폐누출지수, 폐장내 myeloperoxidase의 활성도, 폐포세척액내의 단백함량을 측정하였다. 또한 장의 허혈-재관류에 따른 폐장내 $PLA_2$ 활성도의 변화를 검사하였고, 호중구에서의 산소기 형성에 미치는 group II $PLA_2$의 역할은 분리된 호중구에 rutin, manoalide, scalaradial과 같은 group II $PLA_2$ 억제제를 이용하여 산소기 생성이 억제됨을 확인함으로써 알아보았다. 장의 허혈-재관류에 따른 폐장 조직의 산화성 스트레스를 확인하기 위해 광학현미경법 및 cerium chloride를 이용한 세포화학적인 전자현미경법을 이용하여 폐장내 산소기의 생성을 확인하였다. 결과: 장의 허혈-재관류 후 폐장내 호중구의 침윤과 함께 급성 폐손상이 유발되었고, 폐장내 myeloperoxidase 활성도, 폐누출지수 및 폐세척액내의 단백함량이 대조군에 비해 유의하게 증가하였다(p<0.001). 폐장 및 장에서의 group II $PLA_2$ 활성도는 허혈-재관류 후 폐장, 장 모두에서 유의하게 증가하였고, rutin에 의해서 현저히 감소하였다(p<0.001). 사람의 혈액에서 분리된 호중구에서의 산소기 생성을 cytocrhome-c reduction assay를 통해 알아본 결과 rutin, manoalide, scalaradial 같은 group II PLA, 억제제에 의해 호중구의 산소기 생성이 감소함을 알 수 있었다. 허혈-재관류 후 광학현미경적 소견은 폐장내 염증세포의 침윤 및 모세혈관 주위의 부종이 관찰되었으나 rutin에 의해 이러한 변화는 억제되었다. $CeCl_3$을 이용한 세포화학적 전자현미경 실험에서 허혈-재관류 후 과산화수소의 생성이 증가하고 rutin에 의해서는 억제됨을 확인하였다. 결론: Croup II $PLA_2$의 억제는 침윤된 호중구로부터 산화기 생성을 억제함으로써 급성 폐손상을 완화하는 것으로 보이며, 따라서 group II $PLA_2$는 장 허혈-재관류로 유도된 급성 폐손상의 산화성 스트레스에서 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.