비결핵성 항산균 폐질환에서 Mitogen activated protein Kinase 의존성 숙주 면역반응 및 혈청 사이토카인의 변화

Abstract

Introduction: The aims of the present study were to investigate immune response in light of innate mechanism including the role of mitogen activated protein kinase (MAPK) and change of serum cytokine reflected actual status in patients with nontubeculous mycobacterial (NTM) lung disease. Methods: ERK1/2 and p38 MAPK expression from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were measured by western blot after stimulation by Mycobacterium avium in 6 NTM patients and 7 healthy controls. M. avium induced cytokine assay was performed after inhibition of ERK1/2 and p38 MAPK pathway. Change of serum cytokines was evaluated in 53 NTM patients compared with 40 healthy controls. Results: M. avium induced p38 (median unit 1.23, interquatile range [IQR], 1.22-1.35) (p=0.018) and ERK1/2 (median unit 1.27, IQR 1.19-1.34) (p=0.018) expression in PBMCs from healthy controls and, subsequently, upregulated tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL) -6 and IL-10 production. However, in PBMCs from NTM patients, the induction of p38 (median unit 0.98, IQR 0.88-1.01) (p=0.001) and ERK1/2 (median unit 1.05, IQR 0.88-1.15) (p=0.005) expression, and production of TNF-α, IL-6 and IL-10 occurred to a significantly lesser extent. Baseline serum interferon (IFN)- γ, IL-12p40, and IL-10 except for TNF-α were higher in NTM patients compared to controls contrast to decreasing of cytokine production in PBMCs of patients with NTM lung disease. During treatment, serum TNF-α was decreased in patients with NTM lung disease, and especially in patients with sputum conversion. Serum IFN- γ level in patients with severe radiologic finding was higher than that in those with mild to moderate radiologic finding. Beseline serum IL-10 level was lower in patients with M. abscessus compared those with M. avium and during treatment IL-10 was decreased in patients infected with M. abscessus. Conclusion: The present results show discordance of cytokine level in PBMCs and serum in NTM lung disease. And downregulation of MAPK and cytokine production following M.avium stimulation may contribute to host susceptibility to NTM.;비결핵항산균 (nontuberculous mycobacteria, NTM)은 자연계에 흔히 존재하며 발병력이 낮아 인간에게 질환을 일으키는 경우가 드물다. 이는 NTM폐질환이 발생한 환자들에게 특별한 숙주 감수성 인자가 있을 가능성을 시사한다. Mitogen activated protein kinase (MAPK)는 건강한 사람 및 쥐 세포 실험에서 NTM질환의 면역반응에 관여한다고 알려져 있으나 NTM폐질환 환자를 대상으로 한 연구는 없었다. 또한, 결핵환자를 대상으로 치료 전후 및 병의 중증도에 따른 혈청 사이토카인의 변화에 대한 연구는 있었으나 NTM폐질환 환자에 대한 연구는 아직 없다. 이에 본 연구는 비결핵항산균 폐질환에서 MAPK 의존성 면역반응 및 혈청 사이토카인의 변화를 보고자 하였다. 6 명의 NTM폐질환 환자와 7명의 건강한 대조군의 말초혈액 단핵세포를 NTM표준균주로 자극하여 western blot 분석법으로 ERK1/2과 p38 MAPK의 발현과 ERK1/2와 p38 MAPK를 억제한 후에 사이토카인의 생성을 측정하였다. 40명의 건강 대조군과 53명의 NTM 폐질환 환자의 치료 전 및 과정 중에 혈청 사이토카인을 측정하여 임상 기록과 함께 분석하였다. 대조군의 말초혈액단핵세포에서 Mycobacteria avium complex (MAC) 표준균주로 자극할 경우, ERK1/2와 p38 MAPK의 발현과 TNF-α, IL-6 and IL-10가 증가하였으며, ERK1/2과 p38 MAPK를 억제하였을 때 TNF-α, IL-6가 감소하였고, p38 MAPK 억제 시에 IL-10의 생성이 감소하여 NTM 감염에서 MAPK가 사이토카인 분비에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다. NTM 폐질환 환자의 말초혈액단핵세포를 MAC 표준균주로 자극 시에 ERK1/2와 p38 MAPK 발현과 TNF-α, IL-6와 IL-10의 생성이 정상 대조군에 비해 감소하였다. 혈청 사이토카인의 경우, TNF-α를 제외한 IFN-γ, IL-12p40, IL-10의 NTM 폐질환 치료 전의 기저치가 정상 대조군보다 증가하였고 NTM 폐질환을 치료 후에 IFN-γ, IL-12p40, IL-10는 변화가 없었으나 혈청 TNF-α가 감소하였다. 치료과정에서 균음전군의 TNF-α가 감소하였고, ESR은 균음전 여부에 관계 없이 감소하였다. 방사선학 중증도가 높은 환자들에서 IFN- γ가 높았으며, 방사선학 중증도에 상관없이 TNF-α와 ESR은 치료 후에 감소하였다. Mycobacteria avium complex군에 비해 Mycobacteria abscessus 군에서 IL-10이 낮았으며 치료 후에도 유의하게 감소하였다. 말초혈액단핵세포를 자극하여 분비되는 사이토카인과 혈청사이토카인과는 다른 경향을 보였으며, MAPK는 NTM폐질환의 숙주면역반응을 유도하는 역할을 하며 MAPK 의존성 면역반응의 손상은 NTM 폐질환의 발생에 위험인자일 가능성을 시사하였다.