Monocrotaline으로 유발한 백서 폐동맥 고혈압에서 TGF-beta와 PDGF의 발현에 대한 면역조직화학적 연구

Abstract

Pulmonary vascular hypertension is characterized by migration and proliferation of smooth muscle cells accompanying abnormal synthesis and accumulation of extracellular proteins in vascular wall. Although the pathogenesis of this process has not yet been completely elucidated, vascular injury by various causes are supposed to induce endothelial or smooth muscle cell-derived mediators which act via autocrine or paracrine mechanisms and to produce these changes. TGF-βs and PDGF are both potent mitogen and chemoattractant for vascular smooth muscle cells. The purpose of this study is to define the role of endogneous TGF-βs and PDGF in the process of remodeling vessels through determining the temporal and spatial distribution of these growth factors in hypertensive pulmonary vessels. Pathogen-free female Spargue-Dawley rats were injected subcutanously at the hindlimb with monocrotaline (60mg/kg) for treatment group and with the same volume of saline for the control group. Animals were sacrificed after 12hr, 1, 2, 4, 7, 10, 14, 21, 28, and 56 days. Light microscopic study with H-E and van Gieson stain, morphometric analysis of medial thickening, and immunohistochemical study using antibodies to TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, and PDGF. The results are as follows. 1. Neomuscularization of normally nonmuscular arterioles started on the 10th day after MCT injection and the medial layer of these are progressively thickened. The medial layer of more proximal muscular arterioles started progressively thickened until the 56th day. 2. The ratio of medial thickness to external diameter of pulmonary arterioles was significantly increased from the 10th day. 3. From the 14th day, the medial smooth muscle cells showed trace reaction to TGF-β1; and weak positive reaction was observed at the 21st day; and strong positive reaction on the 28th day. 4. TGF-β2 was expressed in the endothelial layer of pulmonary arteries and arterioles and the immunoreactivity was not different between control and experimental groups. 5. From the 10th day, the medial smooth muscle cells showed trace reaction to TGF-β1; and weak positive reaction was observed on the 14th day; and strong positive reaction on the 21st day. 6. PDGF showed weak positive reaction in endothelial and medial layers of pulmonary arterioles in control group and strong positive reaction in medial layer from the 21st day. In conclusion, we can assume that monocrotaline injection to rats caused the thickening of small terminal pulmonary arterioles to progress to the proximal pulmonary arterioles, which gave rise to pulmonary hypertension. The expression of TGF-β1, TGF-β3 and PDGF increased in medial layers as the thickening of pulmonary arteries progressed, and which is considered to have close relation to medial hypertrophy of pulmonary arterioles. However, in the case of PDGF, morphologic change occurred before increased immunoreactivity was observed in the medial layer of pulmonary arterioles, so the quantative study is needed. The function of isoforms of TGF-β was yet to be completely elucidated; the different affinity to receptors and the degree of expression of these receptors are supposed to affect the function of growth factors. So further studies are to be followed. ; 폐동맥 고혈압증은 혈관 평활근세포의 이동과 증식 및 세포외기질의 축적으로 인한 폐혈관계의 비후성 변화에 의해 발생한다. 발생 기전이 완전히 규명된 것은 아니지만 여러 가지 원인에 의해 손상받은 혈관의 혈관 내피 세포 및 평활근 세포에서 나온 여러 종류의 성장인자가 autocrine 및 paracrine기전으로 작용하여 이러한 혈관 변화를 일으키는 것으로 생각하고 있다. TGF-βs와 PDGF는 혈관 평활근세포에 작용하는 강력한 유사분열유도인자이자 화학주성인자이다. 저자는 대표적인 실험동물 모델의 하나인 백서에서 monocrotaline을 투여하여 유발한 폐동맥 고혈압에서 관찰되는 비후성 변화를 보이는 혈관에서 이들 성장인자의 시기별 및 부위별 분포를 보고 내인성 성장인자의 역할을 알아보고자 하였다. 자성 Sprague-Dawley백서를 이용하였고 실험군에는 monocrotaline(60mg/kg)을 배부에 1회 피하주사하고 대조군에는 동량의 식염수를 투여한 후 12시간, 1일, 2일, 4일, 7일, 14일, 21일, 28일, 56일에 도살하여 hematoxylin-eosin염색 및 탄력섬유에 대한 van Gieson염색을 하고 TGF-β1, TGF-β2, TGF-β3, 및 PDGF에 대한 면역조직화학적인 염색을 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 제 10일째부터 정상적으로 근육성 중막층이 없는 말초세동맥에 근육성 중막층이 생겼고 제 14일째부터는 근위부의 근육성 세동맥의 중막층의 비후가 관찰되기 시작하여 증막의 비후는 실험기간이 경과할수록 현저해졌다. 2. 종말 세기관지이하와 동반된 폐세동맥의 중막의 비후율은 제10일째부터 의의있게 증가되어 있었다 (P<0.05). 3. TGF-β1은 제14일째부터 비후된 폐세동맥의 중막의 평활근세포에서 미약한 양성 반응을 보이기 시작하여 제21일째에는 약양성 반응, 제28일과 56일째에는 대부분의 동맥에서 강양성 반응을 보였다. 4. TGF-β2는 내피 세포에서 발현되었으며 대조군과 실험군간에 차이가 없었다. 5. TGF-β3는 제 14일째부터 소수의 폐세동맥의 중막의 평활근 세포에서 약양성반응을 보이고 제 28일과 56일째에는 강양성 반응을 보였다. 6. PDGF는 대조군에서는 내피층 및 중막층에서 약약성 반응을 보였고 제 21일째부터 중막에서 강양성 반응을 보였다. 이상의 결과로 백서에 monocrotaline을 투여하여 작은 말초 폐세동맥에서 근위부의 폐세동맥으로 비후성 변화가 진행하여 폐동맥 고혈압이 발생하였고 TGF-β의 세가지 동종체중에서 TGF-β1, TGF-β3와 PDGF가 폐세동맥의 비후성 변화가 진행함에 따라 중막층에서 발현이 증가되어 혈관 변화를 유발시키는데 관여할 것으로 생각된다. 그러나 PDGF의 경우 형태학적인 변화보다 늦게 발현도의 차이를 발견할 수 있었으며 이것은 정량적인 연구를 통해 확인되어야 할 것으로 생각한다. TGF-β의 경우 이들 동종체의 기능은 완전히 밝혀지지 않았고 수용체에 대한 친화성이 차이가 있으며 수용체의 발현정도도 이들 성장인자의 작용에 영향을 미치므로 연구가 더 진행되어야할 것으로 생각된다.