담배 연기 추출물로 인해 유발되는 만성폐쇄성폐질환 마우스 모델을 이용한 포도씨 프로안토시아니딘 추출물의 폐기종 억제 기전 규명

Abstract

Cigarette smoke (CS) increases reactive oxygen species (ROS) production in inflammatory and epithelial cells. ROS enhance autophagy-induced inflammation in alveolar macrophages (AMs), which are the primary source of cytokines and have been implicated in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Grape seed proanthocyanidin extract (GSPE) is a flavonoid compound with potent antioxidant and anti-inflammatory effects. However, whether GSPE can inhibit inflammation and emphysema remains unclear. In this study, we aimed to clarify whether GSPE can inhibit emphysema and airway inflammation by ameliorating cigarette smoke extract (CSE)-induced autophagy through the suppression of oxidative stress in macrophages. Results showed that GSPE significantly attenuated CSE- induced emphysema and airway inflammation in mouse lungs. Moreover, GSPE ameliorated lung inflammation by reducing the numbers of total cells, macrophages, and neutrophils and decreasing the levels of tumor necrosis factor-α, interleukin (IL)-1β, and IL-6 in the bronchioloalveolar lavage fluid. ROS levels increased after CSE treatment but clearly decreased with in vitro GSPE treatment. GSPE decreased transcription factor EB (TFEB) oxidation by reducing ROS production, consequently inhibiting TFEB nuclear translocation. Furthermore, GSPE suppressed ROS-induced autophagy in RAW 264.7 cells, bone marrow- derived macrophages, and AMs. Consequently, it diminished CSE-induced lung inflammation by inhibiting the NLR family pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome. These results suggest that GSPE ameliorates CSE-induced inflammation and emphysema by regulating autophagy-induced NLRP3 inflammasome through the ROS/TFEB signaling pathway in a COPD mouse model.|만성 폐쇄성 폐질환(COPD: Chronic Obstructive Pulmonary Disease)은 기류제한, 만성염증, 폐포벽 파괴 및 폐포 공간 확장을 통한 폐기종의 발생을 특징으로 하는 폐 질환이다. 유해입자나 가스, 특히 담배연기(CS: Cigarette Smoke)는 이 질환의 위험인자로 알려져 있다. CS는 염증 및 상피세포에서 활성산소(ROS: reactive oxygen species)의 생성을 증가시킬 수 있으며, 이는 산화 스트레스와 염증으로 이어져 COPD를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 COPD의 정확한 발병기전은 아직 완전히 밝혀지지 않고 있다. 이에 본 연구는 포도씨 프로안토시아니딘 추출물(GSPE: that grape seed proanthocyanidin extract)이 항산화제로서 작용하여, 대식세포의 산화 스트레스의 억제를 통해 담배 연기 추출물(CSE: Cigarette Smoke Extract)로 인한 자가포식 활성화와 염증반응을 개선함으로써 폐기종을 완화할 수 있는 가를 알아보고자 하였다. 본 연구에서는 GSPE의 폐 손상 억제 효과를 확인하기 위해 RAW 264.7 세포, 골수유래 대식세포, 폐포 대식세포, 그리고 CSE가 유도하는 COPD 마우스 모델에 CSE와 GSPE를 처리한 후 나타나는 변화를 관찰하였다. In vitro 실험에서, CSE에 의한 대식세포의 세포독성, ROS, autophagy, 그리고 inflammation을 측정했으며, in vivo 실험에서는 기관지폐포세척액(BALF: bronchoalveolar lavage fluid)을 통한 전염증성 사이토카인 측정과 폐 조직 분리 및 염색을 통한 면역 세포 침윤과 폐 조직 손상도 평가를 진행하였다. In vivo 실험에서 CSE의 처리는 폐 손상도와 면역세포의 침윤 그리고 BALF에서의 전염증성 사이토카인 수준을 증가시켰지만, GSPE의 전처리는 CSE에 의한 조직학적 변화와 염증반응을 억제했다. 또한 in vitro 실험을 통해 CSE 처리는 ROS 생성을 증가시키고 GSPE는 이를 감소시킴을 확인했다. 뿐만 아니라 GSPE는 ROS의 억제를 통해 CSE에 의한 transcription factor EB (TFEB) 산화 및 핵으로의 이동을 감소시켜, 자가포식과 관련된 유전자의 발현을 하향 조절했다. CSE에 의해 유도된 자가포식은 NLRP3 염증복합체를 활성화하여 결국 염증반응을 상향 조절한 반면, GSPE는 CSE에 의한 자가포식과 염증반응을 억제함을 확인했다. 결론적으로 본 연구는 CSE가 유도하는 COPD 마우스 모델에서 CSE는 폐포 대식세포에서 산화 스트레스를 증가시키고 TFEB의 산화와 핵 전위를 유도하여, 자가포식을 활성화하고 결국 염증반응을 활성화함을 입증하였다. 뿐만 아니라 GSPE가 ROS/TFEB 신호 전달 경로를 통해 자가포식이 유도하는 NLRP3 염증복합체 활성화를 억제함으로써, CSE로 유발된 COPD 마우스 모델에서 염증과 폐기종 발병을 완화하는데 효과적인 역할을 함을 시사한다.