HaCaT세포와 섬유모세포에서 IPL 단독조사와 ALA-IPL 광역동처치 후 IL-10, TGF-β1 및 TNF-α 발현

Abstract

5-aminolevulinic acid(ALA)를 이용한 국소 광역동요법은 피부과 영역에서 표피세포와 모피지선에서 발생하는 피부암, 광선각화증 및 보웬병 같은 악성 혹은 전구암에 효과적인 치료법으로 보고되었으며, 그 외 여드름, 건선, 윤상육아종, 국한피부경화증 및 경화태선 같은 염증성 병변과 광노화에서도 효과를 보인다. 광원으로는 푸른 광선(blue lights), 붉은 광선(red lights), 비간섭성 등(incoherent lamps), 발광 다이오드(light emitting diodes) 등이 사용될 수 있으며 최근에는 광원으로 IPL(intense pulse light)의 사용이 보고되었다. 광역동요법에 사용되는 광과민제의 농도와 광에너지에 따라 다른 생물학적 효과가 나타나는데, 광과민제의 농도가 높거나 광에너지가 높은 경우에는 세포막과 세포내 소기관의 파괴로 세포괴사(necrosis)가 일어나고 이에 따라 염증반응이 발생하며, 그보다 낮은 농도의 광과민제와 낮은 광에너지를 사용한 경우에는 세포자멸사(apoptosis)가 일어난다. 준치사 용량(sublethal dose)을 사용하면 세포는 살아있으면서 신호전달, 수용체 발현 및 사이토카인 생산 등이 변화하여 면역조절효과가 나타난다. 면역조절을 목적으로 하는 광역동요법은 주로 세포자멸사와 준치사 용량을 이용하는 방법으로 여러 염증성 피부질환의 치료방법으로 시도되고 있다. 생체 내 연구에서 광역동요법 시행시 종양에서 IL-6의 발현이 증가하여 IL-6에 의해 유도된 염증반응이 항종양 면역반응에 작용하고, 피부에서 IL-10의 현저한 증가가 관찰되어 IL-10의 증가가 광역동요법에 의해 접촉과민성이 억제되는 기전에서 역할을 할 것이라고 보고한 바가 있다. 연구자들은 준치사 용량의 광역동처치 시행시 사이토카인 발현을 알아보고자 배양된 HaCaT 세포와 섬유모세포를 대상으로 IPL 단독조사와 ALA-IPL 광역동처치 시행 후 RT-PCR과 ELISA를 이용하여 IL-10, TGF-β₁ 및 TNF-α의 발현을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. TGF-β₁ mRNA는 ALA-IPL 광역동처치 시행시 HaCaT 세포에서 발현이 증가하였고 섬유모세포에서는 발현이 감소하였다. IPL 단독조사 시행시에도 같은 경향이 관찰되었으나 ALA-IPL 광역동처치시 증가와 감소가 더 현저하게 관찰되었다. 2. TNF-α mRNA는 ALA-IPL 광역동처치 시행시 HaCaT 세포에서는 발현의 변화가 관찰되지 않았고 섬유모세포에서는 발현이 감소하는 것으로 관찰되었다. IPL 단독조사 시행시 HaCaT 세포에서는 발현이 약간 증가하였으며 섬유모세포에서는 발현이 감소하였다. 3. IL-10 단백은 ALA-IPL 광역동처치 시행시 HaCaT 세포와 섬유모세포에서 발현이 증가하였으나 IPL 에너지에 비례하여 발현이 증가하지는 않았다. IPL 단독조사 시행시에도 HaCaT 세포와 섬유모세포에서 IL-10의 발현이 증가하였으며 IPL 에너지에 따른 증가량의 차이가 관찰되었다. IPL 단독조사시 ALA-IPL 광역동처치 시행시와 비교하여 IL-10 단백이 더 많이 증가하였다. 4. TGF-β₁ 단백은 ALA-IPL 광역동처치 시행시 HaCaT 세포에서 발현이 약간 증가하는 경향을 보였으며 IPL 에너지에 비례하여 증가하였다. 이와는 다르게 섬유모세포에서는 발현이 IPL 에너지에 비례하여 감소하였다. IPL 단독조사 시행시에도 HaCaT 세포에서는 IPL 에너지에 따른 증가를 섬유모세포에서는 IPL 에너지에 따른 감소를 보였다. 그러나 ALA-IPL 광역동처치시 IPL 단독조사시보다 HaCaT 세포에서는 더 큰 증가와 섬유모세포에서는 더 큰 감소를 보였다. 5. TNF-α 단백은 ALA-IPL 광역동처치를 시행하였을 때 HaCaT 세포에서는 증감의 변화가 관찰되지 않았고 섬유모세포에서는 발현이 IPL 에너지에 따라 증가하는 경향을 보였다. IPL 단독조사 시행시에는 HaCaT 세포와 섬유모세포에서 모두 IPL 에너지에 따라 발현이 증가하는 경향을 보였다. 6. TGF-β₁의 경우 단백과 mRNA의 발현이 비슷한 경향을 보였다. 7. TNF-α의 경우 HaCaT 세포에서는 단백과 mRNA의 발현이 ALA-IPL 광역동처치 시행시 발현의 뚜렷한 증감이 관찰되지 않고 IPL 단독조사시 IPL 에너지에 따라 발현이 약간 증가하는 비슷한 경향을 보였다. 그러나 섬유모세포에서는 ALA-IPL 광역동처치와 IPL 단독조사에서 모두 단백의 발현은 증가한 데 비해 mRNA의 발현은 감소하여 다른 양상을 보였다. 결론적으로 ALA-IPL 광역동처치 시행시 IL-10의 발현은 HaCaT 세포와 섬유모세포에서 증가하였고 TGF-β₁의 발현은 섬유모세포에서 감소하였다. ALA-IPL 광역동요법이 염증성 질환의 치료에 효과를 나타내는 기전에 IL-10의 증가가 관여하며 경화성 질환의 치료에 효과를 보이는 기전에 섬유모세포에서 TGF-β₁ 발현 감소가 관여할 수 있을 것으로 생각된다. IPL 단독조사와 비교해 보면 ALA-IPL 광역동처치시 TGF-β₁의 발현은 더 현저한 감소를 보여 항경화 효과를 위한 치료에서 IPL 단독조사보다는 ALA-IPL 광역동요법이 더 효과를 보일 것으로 기대된다.;Topical photodynamic therapy(PDT) using 5-aminolevulinic acid(ALA) is a well-established treatment modality which has mainly shown to be effective for dermatooncologic conditions like actinic keratoses, Bowen’s disease, in situ squamous cell carcinoma and superficial basal cell carcinoma. However, a therapeutical benefit of PDT is also evident for inflammatory dermatoses like acne vulgaris, psoriasis, granuloma annulare, localized scleroderma and lichen sclerosus. For dermatological purposes, blue lights, red lights, incoherent lamps or light-emitting diode arrays can be used for light activation. However, recent work has been evaluated intense pulse light(IPL) as a light source for the purpose of the treatment of acne vulgaris or of the photorejuvenation. Depending on the applied light dose and the concentration of the photosensitizer, a continuum of dose-related events is demonstrable for PDT-treated cells. Induction of high levels of oxidative stress results in necrotic cell death, while lower intensity oxidative stress initiates apoptosis. Sublethal doses may result in the modification of cell signaling, surface receptor expression levels and cytokine release and consequently influence cell behavior. Apoptotic and sublethal doses are mainly utilized for the immunomodulatory effect. IL-6, which is induced in tumors after PDT, is assumed to mediate anti-tumor inflammatory response. On the other hand, IL-10 is markedly induced in the skin exposed to a PDT regimen that strongly inhibits the contact hypersensitivity response, proposing that the enhanced IL-10 expression plays a role in the suppression of cell-mediated responses seen following PDT. We examined the expression of IL-10, TGF-β₁ and TNF-α in HaCaT cells and fibroblasts after IPL treatment or after ALA-IPL PDT and the results are summarized as follows. 1. TGF-β₁ mRNA was enhanced in HaCaT cells and reduced in fibroblasts after PDT. After IPL treatment, TGF-β₁ mRNA showed similar tendency as after PDT. However, the change was more marked after PDT than after IPL treatment. 2. TNF-α mRNA showed no induction or reduction in HaCaT cells and showed reduction in fibroblasts after PDT. After IPL treatment, TNF-α mRNA was enhanced in HaCaT cells and reduced in fibroblasts. 3. IL-10 protein was enhanced in both HaCaT cells and fibroblasts after PDT without correlation along IPL energy. IL-10 protein was also enhanced after IPL treatment but with positive correlation. The enhancement after PDT was inferior than after IPL treatment. 4. TGF-β₁ protein was enhanced slightly in HaCaT cells with positive correlation along IPL energy after PDT. In contrast, TGF-β₁ protein was reduced in fibroblasts with negative correlation. After IPL treatment, the expression showed similar tendency as after PDT. However, the change was more marked after PDT than after IPL treatment. 5. TNF-α protein showed no induction or reduction in HaCaT cells and showed induction along IPL energy in fibroblasts after PDT. After IPL treatment, TNF-α protein was enhanced along IPL energy in both HaCaT cells and fibroblasts. 6. TGF-β₁ protein and mRNA exhibited similar results. 7. In HaCaT cells, both TNF-α protein and mRNA showed similar changes, whereas, in fibroblasts, they showed disparate results with induction of TNF-α protein and reduction of mRNA. In conclusion, IL-10 was enhanced in both HaCaT cells and fibroblasts and TGF-β₁ was reduced in fibroblasts after PDT. The induction of IL-10 may contribute the anti-inflammatory effect which explains the therapeutic benefit of PDT for inflammatory dermatoses. The reduction of TGF-β₁ may be related to the anti-sclerotic effect of PDT observed in vivo. In comparison to IPL treatment, the reduction of TGF-β₁ was more marked after PDT in fibroblasts and, therefore, a better antisclerotic effect is expected after PDT compared to IPL treatment.