백서 간에서 방사선 조사에 의한 apoptosis와 cytokine의 발현에 관한 연구

Abstract

방사선 조사에 의한 세포사는 고전적인 생식세포의 세포사와 세포통합성 상실의 두 가지 모형으로 설명할 수 있는데, 이중 세포 통합성의 상실은 apoptosis와 괴사가 포함된다. 형태학적으로 apoptosis는 염색질의 압축, 세포수축, 세포소기관의 유지, 주위세포에서의 박리, 핵과 세포질의 발아와 주위세포의 식작용 등으로 소멸된다. Apoptosis는 정상적인 생리학적 조건 또는 병리적인 상태 모두에서 관찰할 수가 있는데, 방사선 조사에 의한 세포사의 주 기전인 것으로 밝혀졌다. Cytokine은 염증이나 외부자극 등에 의해 유도되는 호르몬과 유사한 폴리펩티드로 신체 내에서 생리적인 항상성을 유지시키고 회복시키는 작용을 한다. 특히, cytokine은 한 개체에서 감염, 조직손상, 종양, 면역이상 등 체내 균형이 깨진 상태에서 이를 바로잡기 위해 즉각적으로 일어나는 일련의 급성기 반응에서 중요한 역할을 하는데, 이 급성기 반응은 손상이 일어난 장소에서 활성화된 백혈구, 섬유모세포, 혈관내피세포들이 IL-1, IL-6, TNF 같은 cytokine을 분리하여 일어나게 된다. 이와 같이 방사선에 의한 조직 손상시 apoptosis가 관여하리라는 사실과 또한 여러 장기의 방사선에 의한 조직손상에 cytokine이 역할을 한다는 보고가 있지만, 이들의 연관성 및 체계적인 연구는 아직 이뤄지지 않고 있다. 이에 본 연구는 IL-1, IL-4. IL-6, TNF등의 cytokine의 발현과 apoptosis와의 관계를 규명하여 방사선 손상에 대한 기전을 밝히고자 본 실험을 시행하였다. 실험방법은 백서를 대상으로 전신에 8Gy의 방사선 조사한 후 각1일, 3일, 5일, 7일, 14일 후의 간 조직의 변화를 현미경으로 관찰하고 apoptosis의 발현빈도를 확인하였다. cytokine의 발현에 대해서는 IL-1, IL-4, IL-6, TNF의 면역조직화학염색방법과 간 조직의 혈액에서의 IL-6의 생물학적 활성도 및 방사선면역측정 등의 실험을 하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1.방사선 조사에 의한 간 손상은 광학현미경 소견 상 방사선 조사 후 1일부터 관찰되어 3일과 5일에 염증세포의 침윤과 함께 가장 심하게 나타났고 방사선 조사 후 7일부터는 섬유화가 시작되었다. 2.Apoptosis 세포의 발현빈도는 광학현미경 소견과 in situ detection method 모두에서 방사선 조사 후 1일에 가장 높았고 이후 점차 감소하였으나 방사선 조사군에서 대조군에 비해 높게 나타났고 통계학적인 유의성은 1일부터 7일 사이였다. 3.면역조직화학염색 소견상 IL-1과 TNF의 발현은 간세포와 Kupffer cell에서 방사선 조사 후 1일과 3일에 볼 수 있었고, 이후는 관찰되지 않았다. 4.IL-4는 면역조직화학염색상 모든 실험군에서 발현되지 않았다. 5.IL-6는 방사선 조사 후 1일과 3일에 강하게 양성으로 나타났고 그 이후에는 점차 감소하는 소견을 보였다. 간 조직과 혈액에서 IL-6의 생물학적 활성도와 방사선면역측정 방법에서도 방사선 조사 후 1일에 가장 높게 나타났고 이후 점차 감소하는 경향을 뚜렷이 볼 수 있었다. 이상과 같은 결과로 미루어 방사선 조사에 의한 간 손상의 기전에 apoptosis가 관여하며 동시에 IL-1, IL-6, TNF와 같은 cytokine의 발현이 증가되어 이들 cytokine의 분비가 apoptosis를 유도함으로써 방사선 조사 후 발생하는 조직 손상을 초래할 것을 생각할 수 있었다. ; It is well recognized that apoptosis or programmed cell death s important in embryonic development, homeostatic control of normal tissues, carcinogenesis, tumor development, and cancer therapy. This mode of cell death, characterized by distinct steps of membrane blebbing, chromatin condensation, and DNA fragmentation, can also be induced in various cell types by insults such as UV, ionizing radiation, and hyperthermia. Several laboratories have studied the phenomenon of radiation-induced apoptosis and suggested its potential relevance to cancer radiotherapy. It has been shown that apoptosis is regulated by cyotokines. IL-1 and TNF have been demonstrated to participate in inflammatory and fibrotic response in the lung after various other type of lung injury. But the protective or injurious effect of cytokines on apoptosis in human liver is not understood in detail. In view of the therapeutic potential, there is considerable interest in whether cytokines or anticytokine could protect liver tissue from apoptosis induced by radiation. Therefore this study was performed to determine the role of cytokines in the poptosis of rat’s liver following radiation. In this study, Sprague-Dawley rats were irradiated to entire body with a single dose of 8 Gy. The rates were divided into 5 groups according to the sacrifice day after irradiation. The liver and blood after 1, 3, 5, 7 and 14 days irradiation were sampled for evaluation of mechanism of apoptosis and role of cytokine in relation to radiation-induced tissue damage. He study was composed of microscopic evaluation of liver tissue in situ detection method for apoptosis, immunohistochemistry of IL-1, IL-4, IL-6 and TNF, immunoassay and RIA of IL-6 in liver tissue and blood. The results were summarized as follows; 1. Radiation induced liver damage was noted from 1st day of radiation and most severe parenchymal damage associated with infiltration of chronic inflammatory cells was seen in the groups of 5 days after radiation. 2.A number of apoptosis were observed 1 day after radiation on both light microscope and in situ method. Afterwards, the number of apoptosis was gradually diminished. 3.On immunohistochemical study IL-6 and TNF were expressed 1, 3 days after radiation but not expressed after that. 4. IL-4 was not expressed I the entire groups. 5. IL-6 was expressed with strong positivity in 1, 3 days after radiation. Bioassay and RIA of IL-6 in liver tissue and blood showed the highest value in 1 day after radiation, and the value is diminished after then. In conclusion, apoptosis seemed to be the important mechanism of radiation-induced liver damage, and is possibly induced by the release of cytokines, such as IL-1, IL-6, TNF in view the simultaneously increased appearance of apoptosis and cytokines.