Effects of Endotoxin and Verapamil on Superoxide Production by Rat Alveolar Macrophage

백서폐포대식세포에서의 Superoxide 생산에 미치는 내독소 및 Verapamil의 영향

Background: Superoxide anion which was produced by macrophage and neutrophil has a defensive role to kill invasive microorganisms and also an injurious role to produce self lung damage. Production of oxygen free radicals including superoxide is a main mechanism of acute lung injury caused by bacterial endotoxin. Endotoxin is known to activate alveolar macrophage to produce increased oxygen free radicals after the stimulation with various biological materials (priming effect). Calcium is a very important intracellular messenger in that cellular process of superoxide production. Method: This experiment was performed to elucidate the effects of endotoxin and calcium on superoxide production by phorbol myristate acetate-stimulated alveolar macrophage and the effect of verapamil on priming effect of endotoxin. Results: 1) Preincubation of macrophages with endotoxin (E. coli 055-B5) primed the cells to respond with increased superoxide production after the stimulation with PMA. Priming with endotoxin ($10^{-1}$ug/ml) produced a maximal enhancement of superoxide production (43%). 2) Verapamil could inhibit the superoxide production by PMA stimulated macrophage regardless of the presence of extracellular calcium. This means that the inhibitory effect of verapamil is caused by a mechanism independent of blocking calcium influx. 3) Verapamil could inhibit the priming effect of endotoxin on alveolar macrophage (from 30% increment to 13% increment) and could inhibit the superoxide production by PMA-stimulated macrophage preincubated with endotoxin. Conclusion: We concluded that verapamil could inhibit the superoxide production by PMA-stimulated rat alveolar macrophage and also inhibit the priming effect of endotoxin on alveolar macrophage. These inhibitory effects of verapamil could be one of the mechanisms of verapamil effects on endotoxin induced lung injury.

연구배경 : 대식세포 및 호중구에서 생산되는 superoxide는 외부에서 침입한 병원균을 죽이는 유익한 면이 있는 반면 자체 폐조직에 손상을 주어 폐손상을 일으키기도 한다. 임상에서 중요한 내독소에 의한 성인성호흡장애증후군등의 폐손상시 superoxide 등의 산소유리기가 중요역할을 하는 것으로 알려져 있으며 superoxide의 생산에는 칼슘이 중요한 조절기능을 담당한다. 내독소에 의한 급성폐손상의 경우 실험적으로 verapamil을 투여시 폐부종등의 증상이 완화되는 것이 알려져 있어 칼슘길항제인 verapamil의 산소유리기의 생산에 마치는 영향에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그러나 지금까지 폐포대식세포에서 superoxide의 생산에 대한 내독소와 verapamil의 영향을 같이 관찰한 실험은 없었다. 방법 : 본 실험에서는 백서의 폐포대식세포에서 protein kinase C를 직접 자극하는 phorbol myristate acetate 자극에 의한 superoxide의 생산을 측정하고 내독소 및 verapamil이 superoxide의 생산에 미치는 영향을 관찰하고 내독소와 verapamil을 동시에 투여하여 내독소에 의해 대식세포가 활성화되어 superoxide의 생산이 증가하는 priming 효과에 verapamil이 어떠한 영향을 미치는 가를 관찰하였다. 결과 : 폐포대식세포를 PMA로 자극시 기저상태에 비해 3.15배의 superoxide가 생산되었으며 이는 세포외 칼슘의 유무와 전혀 무관하였다. 그리고 내독소 (E. coli 055-B5)로 1시간 전처치후 PMA로 자극시 superoxide의 생산은 0.1 ug/ml 에서 최대로 43% 증가하였다. 또한 verapamil은 대식세포에서 PMA 자극에 의한 superoxide의 생산을 억제하였으며 세포외 칼슘이 없는 상태에서도 억제효과는 나타나 verapamil의 억제효과가 칼슘의 세포내 이동을 차단하는 기전에 의한 것이 아님을 관찰하였다. 내독소에 의한 대식세포에서의 superoxide의 생산의 증가는 verapamil이 없는 경우 30%의 증가에서 verapamil을 같이 투여한 경우 13%의 증가로 유의하게 감소하였다. 이는 내독소에 의한 대식세포의 priming에 칼슘이 영향을 미친다는 간접증거가 된다고 사료된다. 결론 : 이상의 결과로 verapamil은 PMA 자극에 의한 대식세포의 superoxide의 생산을 억제하며 폐포대식세포에 대한 내독소의 priming 효과도 억제하여 이는 내독소에 의한 폐손상시 verapamil의 효과의 한 기전이 되리라 사료된다.