미세분진이 흰쥐의 폐포대식세포에서 TNF-α와 IL-1β의 형성에 미치는 효과

리천주 ( Tian Zhu Li ),이수진 ( Soo Jin Lee ),박세종 ( Se Jong Park ),장병준 ( Byung Joon Chang ),이종환 ( Jong Hwan Lee ),김길수 ( Kil Soo Kim ),이명헌 ( Myoung Heon Lee ),최농훈 ( Nong Hoon Choe ) 대한결핵 및 호흡기학회 2006 Tuberculosis and Respiratory Diseases Vol.60 No.5

연구배경: 대도시의 대기오염은 점차 악화되어 시민의 건강을 위협하고 심,폐 질환의 발병률과 이로 인한 사망률을 증가시키고 있다. 서울시 도로가의 PM이 TNF-α와 IL-1β의 생성에 직접적으로 어떠한 영향을 미치는지와 PM의 노출이 LPS의 TNF-α와 IL-1β의 생성효과에는 어떠한 영향을 미치는지를 평가하고자 하였다. 방법: 폐렴이 있는 흰쥐와 SPF 흰쥐의 폐포대식 세포 각각에 PM을 농도별로 처리하여 분비되는 TNF-α와 IL-1β의 농도를 측정하였다. 측정 방법으로는 western blot, ELISA 및 세포면역화학염색법을 이용하였다. 또한 동일 PM 농도에서 배양시간을 달리하여 위와 같이 측정하였다. 결과: SPF인 흰쥐에서 분리된 폐포대식세포에 PM을 단독으로 투여하였을 때 대조군에 비해서 TNF-α와 IL-1β의 생성도가 모든 투여군에서 유의하게 증가하였으나, 투여용량의 증가에 따른 유의성은 없었다. 그러나 염증성인 쥐에서 분리된 폐포대식세포에서는 모든 투여군에서 대조군에 비하여 통계 학적으로 유의하게 증가하였으며, PM 투여농도의 증가에 따른 생성량도 유의하게 증가하였다. 결론: PM을 장기간 혹은 일정 농도 이상으로 흡입할 경우 폐포대식세포의 TNF-α와 IL-1β의 분비에 영향을 미쳐 새로운 폐질환을 유발할 수 있다. 그러므로 기존에 염증성 폐질환이나 기관지천식이 있는 환자가 미세먼지를 흡입할 경우에는 TNF-α와 IL-1β의 생성에 커다란 영향을 미쳐 호흡기 질환을 더욱 악화시킬 가능성이 있을 것으로 추정된다. Background: PM is known to induce various pulmonary diseases, including asthma, cancer, fibrosis and chronic bronchitis. Despite the epidemiological evidence the pathogenesis of PM-related pulmonary diseases is unclear. Methods: This study examined the effects of PM exposure on the secretion of TNF-α and IL-1β in the cultured alveolar macrophages. The cultured primary alveolar macrophages were treated with the medium, PM (5~20㎍/㎠), LPS (5ng/ml), and PM with LPS for 24h and 48h respectively. ELISA was used to assay the secreted TNF-α and IL-β in the culture medium. Western blotting was used to identify and determine the level of proteins isolated from the culture cells. The cells cultured in the Lab-Tek(R) chamber slides were stained with immunocytochemical stains. Results: PM induced TNF-α and IL-1β secretion in the culturing alveolar macrophages, collected from the SPF and inflammatory rats. However, the effects were only dose-dependent in the inflammatory macrophages. When the cells were co-treated with PM and LPS, there was a significant synergistic effect compared with the LPS in the both cell types. Conclusion: PM might be play an important role in the induction and/or potentiation of various lung diseases by oversecretion of TNF-α and IL-1β. (Tuberc Respir Dis 2006; 60: 554-563)

디젤분진 및 미세분진이 천식마우스의 폐조직에서 ICAM-1과 VCAM-1의 발현에 미치는 효과

리천주,이수진,장양호,이정학,박세종,박준홍,장병준,이종환,최농훈,Li, Tian-Zhu,Lee, Soo-Jin,Jang, Yang-Ho,Lee, Jeong-Hak,Park, Se-Jong,Park, Jun-Hong,Chang, Byung-Joon,Lee, Jong-Hwan,Choe, Nong-Hoon 한국생명과학회 2007 생명과학회지 Vol.17 No.3

천식이 유발된 Balb/c마우스와 동일한 조건의 IL-10 KO 마우스에 천식의 원인으로 알려진 DEP와 지하철역내에서 채집한 PM (10 ${\mu}g/m^3$)을 inhalation chamber,에 넣고 하루 4시간씩 흡입시킨 후 시료들을 채취하여 ICAM-1, VCAM-1의발현을 살펴 천식증상의 악화에 DEP와 PM이 어데한 영향을 미치는지 확인하였다. 본 실험의 결과 천식이 유발된 일반 Balb/c 마우스에 있어서는 DEP와 PM의 노출에 의하여 ICAM-1 및 VCAM-1의 발현이 세기관지 주위 조직들에서 미약하게 증가하였다. 그러나 IL-10 KO 마우스의 경우 DEP와 PM을 노출시켰을 때 ICAM-1 및 VCAM-1의 발현이 아주 강하게 증가하였다. 따라서, 본 결과는 IL-10에 대한 항체요법이 천식증상의 완화에 쓰일 수 있는 가능성을 암시하며, 한편 자동차 배기가스와 지하철 미세분진의 발생을 예방할 경우 천식과 관련한 세기관지의 염증을 완화시킬 수 있음을 간접적으로 증명한 것이라 할 수 있다. This research investigated whether exposure of diesel exhaust particulate (DEP) and particulate metter (PM) effect on intercellular. adhesion molecule-1 (ICAM-1) and vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) expression in asthma-induced Balb/c and IL-10 knock out (KO) mouse. Mouse was sensitized with intraperitoneal injection with ovalbumin, followed by challenges with intranasal ovalbumin. After induction of asthma mouse placed in the inhalation chamber and exposed to DEP and PM (10 $mg/m^3$). The evidences of pulmonary inflammation were assessed by immunohistochemical stain and westen blot against ICAM-1 and VCAM-1 in the lung tissue. In the immunohistochemical stain, positive reactions for ICAM-1 and VCAM-1 were much stronger in asthma-induced groups and asthma-induced group with DEP or PM than control groups. Although mild positive reactions were appeared in asthma-induced IL-10 KO mice groups, positive reactions were very strong in the asthma-induced group with DEP or PM. In Western blot, expression of VCAM-1 was increased in asthma-induced group with DEP or PM than asthma-induced groups. In the IL-10 KO mouse, ICAM-1 and VCAM-1 expression were increased in asthma-induced group with DEP or PM than asthma-induced groups. DEP and PM exposure have additive effects on the aggravation of inflammatory signs in the asthma-induced murine model. These results suggest that inhalation of DEP and PM in asthmatic patients may aggravate clinical symptoms.

천식유발 마우스에서의 폐 내 세포조성 변화와 IL-4 및 IL-10의 발현 양상

이수진,박세종,리천주,장양호,최농훈,Lee, Soo-Jin,Park, Se-Jong,Li, Tian-Zhu,Jang, Yang-Ho,Choe, Nong-Hoon 한국생명과학회 2006 생명과학회지 Vol.16 No.5

본 연구진은 일차로 BALB/C 마우스를 이용하여 항원으로 ovalbumin을 사용하여 천식을 유발하여 폐 내 세포구성에 미치는 영향을 다른 실험방법에 의해 만들어진 천식모델과 비교하여 살펴보았고 이차로 천식 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 IL-4와 IL-10 knock out (KO) 마우스를 이용하여 천식모델을 구축하여 천식인자를 가진 개체에서의 반응과 천식관련인자가 결핍된 개체에서의 반응성의 차이를 살펴보았다. 천식의 유발은 실험 1일째 $20\;{\mu}g$ ovalbumin으로 감작시킨 후 실험 14일에 재감작을 시켰다. 그 후 nebulizer를 이용하여 nasal inhalation을 28일, 29일, 30일에 실시하여 천식을 유발시켰다. 천식 유발의 확인은 기관지폐포 세척술로 채취한 폐 내 세포액을 이용하여 총 세포수 및 염증세포의 증가와 폐 내 세포와 폐조직의 염색을 통해 분포율을 확인하였다. 천식의 발병 과정에서 IgE 관련 과민반응을 주도하는 IL-4와 Th2 세포의 기능을 억제한다고 알려진 IL-10의 면역화학염색을 통해 그 발현정도를 관찰하였다. BALB/c 마우스의 천식유발군의 경우 천식의 특징인 염증세포의 증가와 호산구의 증가와 세기관지 주위 염증세포의 침윤 및 기도 상피의 비후를 관찰할 수 있었다. 따라서 본 실험에 응용된 천식유발 방법은 적합하였으며 천식유발 절차가 성공적으로 수행되었음을 확인하였다. IL-4 및 IL-10 KO 마우스를 이용한 천식유발군의 경우 BALB/c 마우스를 이용한 천식유발군보다 호산구의 증가 정도가 미약하게 관찰되었고, 폐조직 내 염증세포의 침윤 정도도 감소하였다. 천식매개인자인 IL-4와 IL-10의 면역조직화학염색 결과에서도 양성반응이 거의 나타나지 않았다. 본 연구 결과, IL-10이 IL-4와 같이 천식과 관련하여 세기관지 염증 반응을 증가시키는 역할을 하는 것으로 생각된다. Asthma is a chronic inflammatory disorder of the airways, which characterized by bronchial hyperresponsiveness, reversible airflow limitation and respiratory symptoms. Internationally, the prevalence of asthma has been increased over last 3 decades. Recently, several studies of asthma have been reported with gradually increasing importance. To tesify the hypothesis that interleukin (IL)-4 and IL-10 may be an important determinant of the severity of airway inflammation, their expression was studied in mouse model of asthma. BALB/c mouse, IL-4 Knockout (KO) mouse and IL-10 KO mouse were sensitized with intraperitoneal injection of ovalbumin adsorbed to aluminum potassium sulfate, followed by challenges with intranasal ovalbumin on 3 consecutive days. The severity of pulmonary inflammation was assessed by eosinophilia in BAL fluid, number of total BAL cells, histopathological changes in lung tissues, and immunohistochemical staining against IL-4 and IL-10. In BAL fluid, the number of total cells was significantly increased in asthma induced mouse compare to the control. In asthma induced mouse, eosinophil was increased to 56% and neutrophil was 0.2%. In H &E stains, eosinophilic infiltration and epithelium hyperplasia were clearly noticed in asthma induced mouse. In immunohistochemical staining for IL-4 and IL-10, there was no positive reaction in control group. However, very strong reactions were appeared in asthma induced group. In this research, IL-4 and IL-10, which seem to play a central role in allergic asthma, KO mouse was utilized to test the causative relationship between airway inflammation and role of specific cytokine. Asthma induced IL-4 and IL-10 KO mice showed much decreased inflammatory reactions in the number of total BAL cells, in eosinophilic infiltration, and in immunohistochemical stains against diverse inflammatory proteins. These results suggest that IL-4 and IL-10 increase the asthmatic reactions in vivo mice model.

미세분진이 흰쥐의 폐포대식세포에서 Nitric Oxide 생성 및 iNOS 발현과 Nitrotyrosilated-protein의 형성에 미치는 효과

최봉희 ( Feng Ji Cui ),리천주 ( Tian Zhu Li ),이수진 ( Soo Jin Lee ),박세종 ( Se Jong Park ),임영 ( Young Lim ),김경아 ( Kyung A Kim ),장병준 ( Byung Joon Chang ),이종환 ( Jong Hwan Lee ),이명헌 ( Myoung Heon Lee ),최농훈 ( Nong 대한결핵 및 호흡기학회 2006 Tuberculosis and Respiratory Diseases Vol.60 No.4

연구배경 : 본 연구는 교통량이 많은 서울의 한 대로변에서 채취된 복합적인 미세분진이 염증반응이 일어날 때 형성되는 것으로 알려진 NO와 NO를 형성하는 iNOS발현 및 NO에 의하여 생성이 증가되는 nitro-tyrosilated-protein의 발현에 미치는 영향을 알아보고자 SPE 흰쥐와 염증성 흰쥐에서 분리된 폐포대식세포와 그람음성 세균의 세포벽 성분인 LPS에 감작시켜 분석하였다. 방법 : SPE 흰쥐와 염증성 흰쥐의 폐포대식세포에서 PM을 농도별로 처리하였을 때와 동일한 농도에서 배양시간을 달리하였을 때 분비되는 NO를 Griess reaction 방법으로 측정하였고, iNOS와 nitrotyrosilated-protein의 발현을 세포면역화학염색법과 western blot 분석법으로 확인하였다. 결과 : PM의 단독투여 및 LPS와 PM을 혼합하여 투여하였을 때 NO의 생성 및 iNOS와 nitrotyrosilated-protein의 발현을 확인할 수 있었고, 그 효과는 LPS를 단독투여 하였을 때보다 발현이 증가함을 확인할 수 있었다. 한편, 폐 내 자연적 염증성 증상이 있는 흰쥐에서 분리된 폐 내 대식세포는 PM의 농도증가에 따라 비례하여 NO의 형성을 증가시켰다. 결론 : 본 실험에 사용된 PM은 그 자체만으로도 SPF 흰쥐와 폐렴증상이 있는 흰쥐 BAL cell에서 NO의 생성을 증가시켰고, LPS가 처리된 세포들에 PM을 병용하여 투여하였을 경우에는 NO의 생성과 iNOS와 nitrotyrosilated-protein의 발현이 유의하게 상승되었다. Background : Particulate matters (PM) when inhaled is known to induce pulmonary diseases including asthma and chronic bronchitis when inhaled. Despite the epidemiological proofevidence, the pathogenesis of PM-related pulmonary diseases is unclearremain poorly understood. Methods : Primary alveolar macrophages were harvested from the SPF and inflammatory rats by bronchioalveolar lavage (BAL). The cultured primary alveolar macrophages were treated with the medium only, PM only (5~40㎍/㎠), LPS (5ng/ml) only, and PM with LPS for 24 and 48 hours. The level of secreted nitric oxide (NO) was assayed from the cultured medium by using the Griess reaction. The cultured cells were utilized for the western blotting against the inducible nitric oxide synthase (iNOS) proteins. Immunocyto- chemical staining against the iNOS and NT-proteins were performed in cells that cultured in the Lab-Tek(R) chamber slide after treatments. Results : The PM that utilizein this experiments induced NO formation with iNOS expression in the cultured SPF and inflammatory rats alveolar macrophages, by itself. When the cells were co-treated with PM and LPS, there was a statistically significant synergistic effect on NO formation and iNOS expression over the LPS effect. The cells from the sham control showed minimal immunoreactivity for the NT-proteins. Significantly higher quantities of NT-proteins were detected in the PM and PM with LPS co-treated cells than from the sham control. Conclusion : Increased iNOS expression and NO formation with increased NT-proteins formation might be involved in the pathogenesis of PM-induced lung injury. (Tuberc Respir Dis 2006; 60: 426-436)

디젤분진이 폐포대식세포에서 nitric oxide의 생성과 inducible nitric oxide synthase의 발현 및 nitrotyrosilated-protein의 형성에 미치는 효과

임영,최명옥,이권행,김경아,김길수,이명헌,리천주,이수진,최농훈,Lim Young,Choe Myung-Ok,Lee Kweon-Haeng,Kim Kyung-A,Kim Kil-Soo,Lee Myoung-Heon,Li Tian-Zhu,Lee Soo-Jin,Choe Nong-Hoon 한국생명과학회 2006 생명과학회지 Vol.16 No.2

본 연구에서는 DEP의 노출이 새로운 호흡기계 질환 유발의 가능성과 호흡기계의 염증성인자로 잘 알려진 lipopolysaccharide (LPS)의 역할에 어떠한 영향을 미치는 지를 확인하고자 폐에서 염증성 반응 시 생성이 증가하는 것으로 알려진 Nitric Oxide (NO)의 형성과 NO의 생성에 관련된 효소인 inducible nitric oxide synthase (iNOS) 및 NO에 의하여 형성되는 것으로 알려진 nitrotyrosilated-protein을 폐포 대식세포를 통해 분석하였다. 폐포대식세포에 DEP를 농도 별로 단독 처리하였을 때와 동일한 농도에서 배양시간을 달리하였을 때는 NO가 생성되지 않았으나 DEP와 함께 LPS를 처리하였을 때는 LPS를 단독으로 처리했을 때보다. 유의성이 있게 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 NO의 생성에 관련된 효소인 iNOS 및 NO에 의하여 형성되는 것으로 알려진 nitrotyrosilated-protein 발현의 정도를 면역화학염색과 Western analysis로 확인할 수 있었다. DEP는 폐포대식세포에서 직접적으로 NO생성에 영향을 미치지 않았으며, NO를 생성하는 iNOS나 nitrotyrosilated-protein의 발현에도 영향을 주지 않았으나 세균성 염증인자의 한 종류인 LPS가 NO를 형성하는 데에는 통계학적인 상승효과가 있었다. 결론적으로 본 연구에서는 염증성질환의 환자에서 DEP의 흡입은 간접적으로 NO를 형성하는데 영향을 미쳐 질환을 악화시킬 것으로 판단한다. Epidemiological studies have demonstrated an association between exposure to diesel exhaust particles (DEP) and adverse cardiopulmonary effects. Despite the epidemiological proof, the pathogenesis of DEP-related pulmonary diseases remain poorly understood. So, comprehensive in vivo and in vitro researches are required to know the effects of DEP on diverse lung diseases. Alveolar macrophages (AM) and airway epithelial cells are known as important cellular targets in DEP-induced lung diseases. Other studies have shown that nitric oxide (NO) is involved in particle matter induced lung injury. The present study was undertaken to determine whether DEP has an synergistic effects on lipopolysaccharide (LPS)-induced NO formation and inducible nitric oxide synthase (iNOS) with nitrotyrosilated-protein formation in cultured primary alveolar macrophages. The formation of NO was determined through the Griess reaction in the cultured medium and iNOS with nitrotyrosilated-proteins are analyzed by immunohistochemical staining and Western analysis. The results indicate that DEP exposure does not induce NO formation by itself, however DEP showed significant synergistic effects on LPS-induced NO formation. So, our results suggest that DEP inhalation could aggravate inflammatory lung disease through NO formation.