담배연기에 노출된 폐 상피세포에서 progranulin의 조절역할

Abstract

Background Emphysema is characterized by irreversible destruction of alveolar wall with enlargement of distal air spaces. Cigarette smoke (CS) is considered as a main causative factor for the development of emphysematous change in chronic obstructive airway disease. Progranulin (PGRN) has been reported to be induced in response to various stimuli including CS. Recently, PGRN is reported to participate in apoptosis process that is a well known cause of alveolar wall destruction. However, the role of PGRN in emphysema is currently unknown.

Aims The aim of this study is to evaluate if there is a regulatory role of PGRN in human alveolar epithelial cells exposed to cigarette smoke extract (CSE).

Methods The PGRN expression levels were measured in A549 cells after exposure to CSE. The effect of PGRN on CSE-mediated apoptosis was determined by using Western blot with anti-PARP and anti-caspase3, and flow cytometry analysis with annexin V and PI staining in PGRN-silenced or over-expressed A549 cells. In addition, to investigate the underlying mechanism of PGRN, ER stress markers such as molecules of PERK, IRE1, and AFT6 pathways were also evaluated in CSE exposed A549 cells.

Results Intracellular PGRN expression was increased in A549 cells treated with CSE. A significant increase in active caspase-3 and active PARP expression was detected in PGRN-silenced A549 cells after CSE exposure. Apoptotic cell death was also significantly increased in PGRN knock-down A549 cells and decreased in PGRN over-expressed cells. CSE-mediated apoptosis was associated with the molecules in PERK.

Conclusion PGRN may play a role in the prevention of the development of emphysema by inhibiting apoptosis of alveolar epithelial cells.|만성폐쇄성폐질환(COPD)은 장기간 유해한 가스나 먼지의 흡입으로 인한 기도 내 만성 염증 및 기관지 폐쇄가 비가역적으로 발생하는 질환으로, 흡연이 핵심 요인으로 제시되고 있다. 흡연은 폐포상피세포의 세포자연사(apoptosis)를 일으켜 폐기종을 유발시킴으로써 폐의 가장 중요한 기능인 가스 교환이 정상적으로 이루어지지 않게 만든다. 이는 현존하는 어떠한 치료법으로도 회복이 불가능하며, 증상의 진행을 늦추는데 급급한 시점이기 때문에 심각한 문제를 초래하고 있다. 따라서 COPD에 대한 새로운 치료제의 개발이 시급하며, 이를 위해서는 COPD의 발병기전을 보다 정확히 이해하고 제어하는 방법을 찾는 노력이 필요한 시점이다. Progranulin(PGRN)은 다양한 자극에 의해 발현이 유도되는 물질로써 다양한 질환에서 염증을 억제하는 효과 및 세포자연사로부터 세포를 보호하는 기능이 보고 되어있다. 흡연 시 폐포상피세포에서 생성되는 과도한 소포체 스트레스(ER stress)가 apoptosis를 활성화 시킴으로써 폐기종을 발생시키므로, 본 연구에서는 PGRN의 항염증 및 세포보호 역할이 폐포상피세포의 apoptosis를 억제할 것이라는 가설 하에 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 폐상피세포종인 A549를 대상으로 흡연 상태를 재현하고자 담배추출물(CSE)을 처리하였다. 예상했던 바와 같이, CSE의 처리는 ER stress를 생성함과 동시에 apoptosis를 유발하였다. PGRN가 apoptosis에 미치는 영향을 확인하기 위해 PGRN발현을 억제 혹은 촉진시킨 A549에 CSE를 처리하여 apoptosis를 확인한 결과 PGRN이 ER stress 및 apoptosis를 억제함을 확인하였다. 추가적으로 PGRN의 항염증성 기능을 A549가 CSE의 자극에 의해 분비하는 대표적인 염증성 사이토카인인 IL-8 을 통해 확인해 본 결과, PGRN 발현을 억제시킨 A549에서 정상 A549에 비해 IL-8발현이 증가되어 있는 것을 관찰하였다. 본 연구를 통하여 PGRN이 CSE로부터 폐포상피세포를 보호하여 apoptosis 및 IL-8의 분비를 효과적으로 감소시킴을 확인하였다. 이는 PGRN이 폐기종의 주요 발병기전을 억제 할 수 있는 효과적인 조절기능을 수행할 수 있음을 의미한다. 현존하는 치료법으로 완치가 불가능한 COPD의 치료에 있어서, 병인 기전을 효과적으로 억제시킬 새로운 치료 타겟 후보물질로서의 PGRN의 가능성을 제시한다.