방사선에 의한 흰쥐 폐손상에 방사선보호제로서 Captopril의 역할과 기전에 관한 연구

Abstract

폐는 방사선에 민감한 기관으로서 흉부 악성종양의 방사선치료시 불가피하게 조직 손상을 입어 방사선 선량의 제한을 받는 조직이다. ACE (angiotensin converting enzyme) 억제제인 Captopril이 쥐에서 방사선에 의한 폐독성을 경감시킬 수 있다는 연구 결과가 많이 보고되었으나 기전은 아직 정확하게 알려지지 않았다. 또한 방사선에 의한 폐손상에 염증성 사이토카인인 Tumor necrosis factor(TNF)α와 섬유증식성 사이토카인인 Transforming growth factor(TGF)β1이 관여하는 것으로 알려져 있다. 따라서 Captopril을 방사선조사와 병용하여 조기 폐손상을 감소시킬 수 있는 방사선보호제로서의 역할을 확인하고 TNFα와 TGFβ1이 방사선 보호기전에 관여하는지를 알아보고자 한다. 실험동물(Sprague-Dawley 흰쥐)은 정상대조군, 방사선 단독군, Captopril과 방사선 병용군으로 분류하였다. 방사선 단독군은 12.5 Gy의 X-선을 좌폐에 단일조사 하였다. Captopril과 방사선 병용군은 Captopril(50mg/kg/d)을 방사선조사 1주전부터 실험종료시인 8주까지 식수에 섞어 경구 투여하였다. 실험 결과는 방사선조사 2주와 8주 후에 병리조직 소견을 분석하였고 면역조직화학염색으로 TNFα와 TGFβ1의 발현을 관찰하였다. 방사선 단독군에서 방사선조사 2주 후 병리조직 소견은 정상대조군에 비해 폐실질 허탈과 경화, 폐포상피세포와 혈관의 변화, 혈관주위 부종이 현저하게 증가하였고, 8주에는 2주 소견에 비해서 병리조직변화의 정도가 더욱 심해졌으며, 혈관주위 및 기관지주위의 섬유소 침착이 나타났다. 이 소견은 방사선이 조사되지 않은 우폐에 비해 현저하게 심한 양상이었다. Captopril과 방사선 병용군은 방사선 단독군에 비하여 방사선에 의한 폐손상이 감소되었으며, 특히 2주에 현저한 차이를 보였다. 방사선 단독군의 방사선이 조사된 좌폐에서 방사선조사 2주 후의 TNFα와 TGFβ1의 발현은 방사선이 조사되지 않은 우폐보다 폐포상피세포(p=0.02) 및 폐포강의 대식세포(p=0.01)에서 현저하게 증가되었다. 방사선조사 8주 후에는 폐포강내 대식세포(p=0.01)의 TGFβ1만이 증가되었고 TNFα는 차이가 없었다. Captopril과 방사선 병용군은 방사선 단독군에 비하여 2주는 폐포상피세포(p=0.01), 림프조직(p=0.06) 및 폐포강의 대식세포(p=0.01)에서 TNFα와 폐포상피세포(p=0.01) 및 폐포강의 대식세포(p=0.01)에서 TGFβ1의 발현이 유의하게 감소되었고, 8주는 폐포강의 대식세포의 TGFβ1(p=0.09) 발현만 감소되는 경향이었으며, TNFα에는 차이가 없었다. 흰쥐의 폐에 Captopril을 방사선과 병용투여하여 병리조직 소견을 관찰한 결과 방사선에 의한 조기 폐손상이 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한 방사선조사 후 2주는 TNFα와 TGFβ1의 발현이 감소하고, 8주는 TGFβ1의 발현이 감소하므로, Captopril이 폐손상을 억제하는 방사선보호제로서의 기전의 일부에 TNFα와 TGFβ1이 관여함을 확인할 수 있었다. ; Captopril (angiotensin converting enzyme inhibitor) was known to reduce the pneumonitis and pulmonary fibrosis induced by radiation in rats. To investigate the radioprotective effect and mechanism of Captopril, a comparison was made between the radiation only group and the combined Captopril and radiation group by examining histopathologic findings and immunohistochemical stains (TNFα and TGFβ1) at 2 and 8 weeks after irradiation. Each group consisted of 8 to 10 rats (Sprague-Dawley). 12.5 Gy of X-ray was irradiated to the left hemithorax in a single fraction. Captopril (50mg/Kg/d) mixed with water was given orally and continuously from 1 week prior to irradiation up to the 8th week of the experiment. The results were as follows; 1. In the radiation only group, the irradiated lung at 2 weeks showed prominent parenchymal collapse and consolidation, considerable changes of alveolar epithelium and blood vessels, and perivascular edema compared with the control group. At 8 weeks, these findings appeared with perivascular and peribronchial fibrin deposition. The histopathologic changes were more significant in the irradiated lung than the nonirradiated lung. 2. The histopathologic changes in the combined Captopril and radiation group were less than in the radiation only group at 2 and 8 weeks. 3. At 2 weeks after irradiation alone, the expression of TNFα and TGFβ1 in the irradiated lung was increased in the alveolar epithelium (p=0.02) and the macrophage in alveolar space (p=0.01) compared with the nonirradiated lung. At 8 weeks, TGFβ1 was highly expressed only in the macrophage in alveolar space (p=0.01), however, TGFβ1 in the alveolar epithelium and lymphoid tissue, and TNFα in these 3 sites showed no different expression 4. At 2 weeks, the expression of TNFα in the combined Captopril and radiation group was markedly decreased in the alveolar epithelium (p=0.01), lymphoid tissue(p=0.06) and the macrophage in alveolar space (p=0.01) compared with the radiation only group. Furthermore the change of TGFβ1 expression of left lung was significant in the alveolar epithelium (p=0.01) and the macrophage in alveolar space (p=0.01). At 8 weeks, the expression of TNFα in those 3 sites and TGFβ1 in the alveolar epithelium and lymphoid tissue showed no difference while TGFβ1 in the macrophage in alveolar space (p=0.09) had a tendency to decrease. This study revealed that early lung damage induced by irradiation was reduced with the addition of Captopril in the latent and early pneumonitis phase. The expression of TNFα and TGFβ1 at 2 weeks and TGFβ1 at 8 weeks was further decreased in the combined Captopril and radiation group than the radiation only group. From these results, it may be concluded that the proinflammatoy cytokine (TNFα) and fibrogenic cytokine (TGFβ1) probably play the role of the radioprotective mechanism in Captopril.