Radiation Effect on NO, NOS and TGF-beta Expressions In Rat Lung

Abstract

PURPOSE: NOS2 induce NO production and NO activate TGF-beta. The TGF-beta is a inhibitor of NOS2. If this negative feedback mechanism operating in radiation pneumonitis model, NOS2 inhibitor may play a role in TGF-beta suppression. We planned this study to evaluate the expression patterns of NO, NOS2 and TGF-beta in vivo radiation pneumonitis model. MATERIALS AND METHODS: Sixty sprague-Dawley rat were irradiated 5 Gy or 20 Gy. They were sacrificed 3, 7, 14, 28 and 56 days after irradiation. During sacrifice, we performed broncho-alveolar lavage (BAL). The BAL fluids were centrifuged and supernatents were used for measure NO and TGF-beta, and the cells were used for RT-PCR. RESULTS: After 5 Gy of radiation, NO in BAL fluid increased at 28 days in both lung and TGF-beta in left lung at 56 days. NO increased in BAL fluid at 28 days in both lung after irradiation and TGF-beta in right lung at 28-56 days after 20 Gy of radiation. After 5 Gy of radiation, NOS2 expression was increased in right lung at 14 days, in both lung at 28 days and in left lung at 56 days. TGF-beta expression was reduced in both lung at 28 days and increased in left lung at 56 days. CONCLUSIONS: The proposed feedback mechanism of NO, NOS2 and TGF-beta was operated in vivo radiation pneumonitis model. At 56 days, however, NOS2 and TGF-beta expressed concurrently in left lung after 5 Gy and in both lung after 20 Gy of radiation.

목적: 방사선폐렴에서 NO가 염증반응을 매개하는 물질로 보고되고 있는데. 이때 유도형의 Nitric Oxide Synthase 2(NOS2) 가 주로 Nitric Oxide(NO) 생성에 관여하는 것으로 알려져 있다. 이 NOS2의 억제조절물질로 TGF-β가 알려져 있으며, 최근에는 NO가 증가하면 TGF-β의 활성이 증가하고 그에 따라 NOS2가 억제되어 NO의 생성이 억제되는 간섭기전(feedback mechanism)이 보고되어있다. In vivo 동물모델에서 방사선조사 후에 NOS2 발현 및 NO 생성의 변화를 측정하고, 그에 따라 TGF-β가 어떻게 변하는지를 관찰하고자 본 연구를 진행하였다. 대상 및 방법: Sprague-Dawley 쥐 60마리를 마취 후 5 Gy와 20 Gy의 방사선을 우측 폐에 조사하고 대조군은 위 조사를 시행하였다. 방사선조사 후 3일, 7일, 14일, 28일, 56일에 방사선 조사군(5 Gy, 20Gy)각 5마리와 대조군 2마리를 희생시키고, 희생시키기 전에 우측 폐와 좌측 폐의 주기관지에서 각각 폐포 세척을 시행하여 폐포 세척액을 얻었다. 폐포 세척액에서 단백질과 세포 수를 측정한 후 원심 분리하여 상층액은 NO와 TGF-β 단백의 양을 측정하는데, 가라앉은 폐포 대식세포는 TGF-β와 NOS2 mRNA의 RT-PCR을 위한 검체로 사용하였다. 결과: 방사선조사 후 5 Gy군에서는 NOS2 mRNA가 14일 째에 우측 폐에서 발현하였고, 28일 째에는 양쪽 폐에서, 56일 째에는 좌측 폐에서 증가하였다. TGF-β mRNA는 계속 발현되었으나 28일 째에 발현이 감소하는 양상이었고 56일에는 좌측 폐에서 증가하였다. 폐포세척액내의 NO는 28일 째 증가하였고, TGF-beta 단백의 양이 56일 째 좌측 폐에서 증가하였다. 20 Gy 군에서는 NOS2 mRNA는 5Gy와 마찬가지로 14일주 째에 우측 폐에서 발현하여 28일주째에 양쪽 폐에서 발현하고 56일 째에 양쪽 폐에서 강하게 발현하였다. TGF-β mRNA 는 28일 째에 우측 폐에서 56일 째에 양측 폐에서 증가하였다. 폐포 세척액 내의 NO의 양은 28일 째에 양쪽 폐에서 증가하였고, TGF-β 단백의 양은 우측 폐에서 28일 째 정점을 이루고, 56일 째에 좌측 폐에 비해 유의한 증가 양상을 보여주었다. 결론: 방사선폐렴의 동물모델에서 NO, NOS2 와 TGF-β는 선량에 따라 약간의 차이가 있었지만 14일 째 우측 폐에서의 NOS2 mRNA의 발현을 시작으로 비교적 일관된 발현 양상을 보여 주었고 그에 따라 폐포세척액 내의 NO 및 TGF-β 단백의 양이 변하였다. 그러나 예상과는 달리 56일 째에는 NOS2와 TGF-β가 모두 발현하여, 좀 더 많은 개체 수를 대상으로 장기간을 통해 발현 양상을 관찰할 필요성이 있으며, 이 연구를 바탕으로 NOS2억제제를 사용하여 TGF-β의 발현 양상에 어떤 변화가 오는지에 대한 연구가 필요하다고 평가되었다.