마우스 천식모델에서 만성적인 염소가스 노출이 천식 악화에 미치는 영향

Abstract

배경: 여러 임상역학연구들을 통해 염소화합물에 대한 만성적인 노출은 천식의 발생과 악화에 관여하는 것으로 알려져 왔으나 아직까지 실험적으로 증명된 바가 없으며 그 기전에 대해서도 명확하게 밝혀지지 않았다. 이 연구에서는 차아염소산나트륨 용액에서 자연 증발되는 저농도의 염소가스에 대한 만성적인 노출을 통해 기도과민성과 기도염증에 미치는 영향과 그 기전에 대해서 조사하고자 하였다. 방법: 6주령의 암컷 BALB/c 마우스를 차아염소산염 단독노출군(PBS/Cl군), 난알부민 감작 및 단독노출군(OVA군), 난알부민 감작노출 및 차아염소산염 혼합노출군(OVA/Cl군), 대조군(PBS군), 4개 군으로 구분하였다. 차아염소산염은 5% 차아염소산염나트륨 용액에서 자연증발을 통해 발생하는 염소가스에 하루 8시간씩 4주간 주 5회씩 노출하였다. 난알부민은 1일, 14일째 복강 내 투여를 통해 감작하였고, 비강 내 경로로 28일, 29일, 30일째 투여하여 노출하였다. 메타콜린기관지유발검사는 30일째 시행하였고, 31일째 해부를 통해 폐와 기도 염증상태를 평가하였다. Multiplex-ELISA를 이용하여 기관지폐포세척액의 사이토카인을 측정하였고, real time PCR을 이용하여 폐조직에서의 사이토카인, 알라민, 염증매개물질의 mRNA발현을 측정하였다. 기관지상피세포주를 이용한 체외실험을 통해 저농도의 차아염소산염 노출 후 TSLP와 IL-33의 발현양상을 보았다. 결과: 저농도의 차아염소산염 반복적인 노출만으로는 유의한 기도과민성과 기도염증을 유도하지 않았다. 하지만 난알부민 감작 및 노출을 같이 시행한 경우에는 난알부민 단독으로 감작 노출을 시행한 군보다 유의하게 기도과민성이 상승됨을 확인할 수 있었고 기관지폐포세척액과 폐조직에서의 염증도 증가된 소견을 보였다. 난알부민과 차아염소산염을 같이 노출한 군에서는 선천면역단계의 염증유도 사이토카인인 IL-1β과 Th2 사이토카인인 IL-4, IL-5, 그리고 기도상피세포에서 분비되는 IL-33가 난알부민 단독 노출군에 비해 유의하게 증가되었다. 기관지상피세포주를 이용한 실험에서 저농도의 차아염소산염 노출 후 TSLP와 IL-33가 유의하게 증가됨을 관찰하였다. 결론: 차아염소산나트륨 용액에서 자연 증발하는 저농도 염소가스의 만성적인 반복적 노출은 기도상피 손상에 의한 선천면역반응의 활성화 및 Th2 염증반응의 증가를 통해 알레르기천식을 악화시킬 수 있다.

Background: Epidemiologic clinical studies suggested that chronic exposure to chlorine products is associated with development of asthma and aggravation of asthmatic symptoms, but its mechanism was not clearly elucidated. This study was aimed to investigate the effects of low-dose repeated chronic exposure of chlorine gas vaporized from sodium hypochlorite on airway inflammation and airway hyperresponsiveness. Methods: Six week-old female BALB/c mice were grouped into hypochlorite alone group(PBS/Cl group), ovalbumin alone group(OVA group), OVA/hypochlorite combination group(OVA/Cl group) and control group(PBS group). Hypochlorite exposure group mice were exposed with naturally vaporized gas of 5% sodium hypochlorite solution 8 hours a day for 4 weeks. OVA sensitization was performed via intraperitoneal route on day 1, 14, and challenge was done via intranasal route on day 28, 29, 30. Evaluation of methacholine airway hyperresponsivenss and lung inflammation were performed on day 30 and 31, respectively. Bronchoalveolar lavage(BAL) fluid cytokine levels were measured using multiplex-ELISA and mRNA expressions of cytokines, alarmins and inflammatory mediators were measured using real time RT-PCR in lung tissue. TSLP and IL-33 expressions were also examined in ex vivo epithelial cell lines after low dose sodium, hypochlorite exposure. Results: Low dose repeated sodium hypochlorite exposure did not induce airway hyperresponsiveness alone, but airway hyperresposiveness were significantly augmented by sodium hypochlorite co-exposure in the OVA-sensitized and challenged mice. BAL fluid inflammatory cell count and lung inflammation were also enhanced by sodium hypochlorite co-exposure with OVA sensitization and challenge. Proinflammatory cytokine, IL-1β level in BAL fluid was significantly higher in OVA/Cl group than in OVA group. Th2 cytokines, IL-4 and IL-5 and epithelial cytokine, IL-33 expressions were significantly increased in OVA/Cl group compared with OVA group. Enhanced TSLP and IL-33 expressions were observed after low dose sodium hypochlorite exposure in ex vivo epithelial cell lines, Conclusion: low dose repeated chronic exposure of chlorine gas vaporized from sodium hypochlorite aggravates allergic asthma via innate immune system activation and subsequent augmentation of Th2 inflammation.