Rhinology Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 / pissn 292-5859 / eissn 292-6529 https://doi.org/1.3342/kjorl-hns.216.17594 Asian Sand Dust Up-Regulates Expression in Human Upper Airway Epithelial Cells Chang-Hwi Park 1, Yoo Sun Song 1, Chang Hoon Bae 1, Yoon Seok Choi 1, Si-Youn Song 1, Kyeong-Cheol Shin 2,3, Hyun Jung Jin 2,3, and Yong-Dae Kim 1,3 1 Departments of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, 2 Internal Medicine, College of Medicine, Yeungnam University, Daegu; and 3 Regional Center for Respiratory Diseases, Yeungnam University Medical Center, Daegu, Korea 사람상부호흡기상피세포에서황사에의한 점소의과발현 박창휘 1 송유선 1 배창훈 1 최윤석 1 송시연 1 신경철 2,3 진현정 2,3 김용대 1,3 영남대학교의과대학이비인후 - 두경부외과학교실, 1 내과학교실, 2 영남대학교병원권역호흡기전문질환센터 3 Received December 7, 216 Revised March 21, 217 Accepted March 22, 217 Address for correspondence Yong-Dae Kim, MD, PhD Department of Otorhinolaryngology- Head and Neck Surgery, College of Medicine, Yeungnam University, 17 Hyeonchung-ro, Nam-gu, Daegu 42415, Korea Tel +82-53-62-3781 Fax +82-53-628-7884 E-mail ydkim@med.yu.ac.kr Background and ObjectivesZZAsian sand dust (ASD) is a meteorological phenomenon that occurs in spring time in Korea. ASD is composed of various organic and inorganic materials, which induce airway inflammation. is an important membrane-bound mucin gene in the human airway, and its expression is increased in pathologic proliferative lesions such as nasal polyps. However, the effect of ASD on in human airway epithelial cells is unclear. Therefore, this study aimed to investigate the effect and signaling pathway of ASD on expressions in human airway epithelial cells. Meterials and MethodZZThe effect and signaling pathway of ASD on expressions were investigated in NCI-H292 cells and in the primary cultures of human nasal epithelial cells using reverse transcription-polymerase chain reaction, real-time polymerase chain reaction, enzyme immunoassay, and immunoblot analysis with several specific inhibitors and small interfering ribonucleic acid (). ResultsZZASD induced expression and the activated the phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK). An ERK1/2 MAPK inhibitor and a p38 MAPK inhibitor inhibited the ASD-induced expression. In addition, the knockdowns of ERK1, ERK2 and p38 MAPK by the respective sir- NA blocked the ASD-induced. ASD induced toll-like receptor 4 (). The knockdown of by blocked the phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK, and the ASD-induced. ConclusionZZThese results show that ASD induces expressions via -dependent ERK1/2 and p38 MAPK signaling pathway in human airway epithelial cells. Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 Key WordsZZ Airway epithelial cells ㆍ Asian sand dust ㆍ Mitogen-activated protein kinase ㆍ ㆍ Toll-like receptor 4. 서 론 점액은 호흡기 상피세포의 표면을 덮고 있는 물질로 습도 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 조절 및 윤활 작용과 함께 외부로부터 유입되는 병원체 - 와 각종 화학물질에 대해 물리적 방어벽 역할을 한다 점액 내에 다양한 형태로 존재하는 점소 는 점액의 성상을 결정하는 중요한 당단백물질로 점액유전자에 의해 발현이 조절된다 호흡기 점막에는 가지 종류의 주요 점소가 두 층으로 나뉘어져 존재하며 바깥층에는 분비형 점소인 222 Copyright 217 Korean Society of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery
ASD Induces Expression Park CH, et al. 와 가 안층에는 막결합형 점소인 이 호흡기 상피의 첨단과 섬모에 부착되어 존재한다 가지 주요 점소들은 다양한 자극에 의해 서로 다른 분비양상을 나타내며 이는 다양한 호흡기 질환의 병태생리에 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다 그러나 개별적인 점소의 생리적인 기능은 충분히 알려져 있지 않아 추가적인 연구가 필요한 실정이다 황사 는 주로 봄철 아시아 대륙의 건조지대에서 불려 올라간 다량의 흙먼지가 장거리 이동하여 하늘을 떠다니며 서서히 하강하는 현상이다 황사는 이산화규소 산화알루미늄 산화철 산화칼슘 산화칼륨 등 약 종의 금속 및 비금속성 산화물과 미량의 구리 크롬 납 카드뮴 니켈 등 종 이상의 미세금속입자로 이루어져 있으며 대기 중에 존재하는 내독소 와 같은 다양한 생물에서 기원한 미세 입자들과 함께 흡입된다 복합물 형태의 황사는 최근 연구에서 다양한 기전을 통해 호흡기 염증반응을 유발하는 것으로 보고되고 있으며 특히 점액분비와 관련된 연구에서는 과 와 같은 염증성 사이토카인 이 점액유전자 과발현에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며 특히 최근 연구에서 황사가 주요 분비형 호흡기 점소인 와 의 과분비를 유발함이 밝혀졌다 하지만 사람 호흡기 상피세포에서 황사가 점액유전자 발현에 미치는 영향과 기전에 관한 연구는 매우 적으며 특히 막결합형 점소의 발현에 미치는 영향에 관련된 연구는 전무한 실정이다 따라서 본 연구에서는 사람호흡기 상피세포에서 황사가 대표적인 막결합형 점소인 와 발현에 미치는 영향과 신호전달 경로를 알아보고자 연구를 시행하였다 재료및방법 재료실험에서 사용된 황사는 대구가톨릭대학교 의과대학 이비인후과교실에서 제공받았다 황사 샘플의 채취 방법을 간략하게 설명하면 황사는 황사현상이 발생하는 시기에 인천에서 대량 흡입 공기 포집기인 를 이용하여 수집하였고 포집기의 여과지를 에 휘저어 황사 분진을 얻었으며 얻어진 샘플을 μ 구멍 크기의 필터를 사용하여 지름 μ 이하의 크기를 가지는 황사 입자를 얻었다 이렇게 얻어진 황사는 추가적으로 에서 분 동안 가압증기멸균 을 하여 멸균된 상태로 만들고 에서 냉동 보관하였다가 실 험에 사용하였다 은 에서 구입하였다 - 는 - 에서 구입하였으며 의 일차항체는 에서 구입하였고 이차항체는 에서 구입하였다 및 는 - 에서 구입하였으며 선택적 억제제 은 에서 선택적 억제제 은 - 에서 구입하였다 와 대조군 배지 - 은 - 에서 구입하였고 - 가 첨가된 은 에서 구입하였다 세포배양및처치사람 폐의 점액상피양 암 세포주 - 인 세포 - 를 에 의 농도로 접종한 후 - μ 과 가 포함된 배지를 이용하여 의 산소와 의 이산화탄소가 혼합된 배양기에서 의 온도로 배양하였다 정도의 융합기가 되면 세포를 이 포함된 배지로 교체한 후 시간 동안 배양하고 다시 가 포함되지 않은 배지로 세척한 후 실험에 사용하였다 황사의 효과를 알아보기 위해서 세포에 μ 와 μ μ μ 농도의 황사를 각각 투여 후 배양하였다 그리고 과 에 의한 황사의 효과를 알아보기 위해 세포에 μ 와 μ μ μ 농도의 황사를 전 처치하기 시간 전에 μ 의 μ 의 을 각각 투여하여 배양하였다 대조군은 동일한 시간 동안 배지에서 www.kjorl.org 223
Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 세포를 단독 배양하였다 사람의 호흡기 상피세포를 얻기 위해 알레르기에 대한 기저 질환과 가족력이 없고 피부단자실험 과 - 에서 음성반응이 나온 명을 대상으로 하여 융비술 시행 중에 하비갑개 조직을 얻었다 일 차배양을 하기 위해 하비갑개 점막조직을 로 세척한 후 에 침전 시켰다 이후 번 수술용 칼로 하비갑개 점막조직을 깨끗하 게 긁어내어 에 담은 후 에 걸러 내고 튜브에 담아 에서 분간 원심 분리하였다 상층부의 를 제거하고 가 첨가된 를 넣은 후 에 씩 접종하였다 현미경으로 세포의 양을 확인한 후 일마다 를 첨가한 으로 배지를 교체하면서 세포가 정도로 증식되면 실험에 사용하였다 일차 배양한 하비갑개 점막조직에서 황 사의 효과를 알아보기 위해서 황사 μ 를 전 처치한 후 시간 뒤에 각각 μ 의 μ 의 을 투여 하여 배양하였다 대조군은 동일한 시간 동안 배지에서 호흡 기 상피세포와 세포를 각각 단독으로 배양하였 다 실험에서 사용한 세포와 일차 배양된 하비갑 개 점막 상피세포에 대한 황사의 세포독성 유무는 분석 과 현미경을 이용한 세 포 형태 변화 유무를 확인하여 검증하였다 본 연구는 본원 임상시험심사위원회 의 승인을 받아 시행하였다 Reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) 분석 분 동안 하비갑개 점막조직이 침수될 정도로 - - 과 를 사용하여 제조사의 방법대로 시행하였다 에 사용된 는 밝혀진 염기서열에 의해 제작되었 으며 각 반응의 내부 양성 대조군 은 를 사용하였다 실험에 사용된 의 염기배열은 의 경우 는 는 이다 의 경우 는 는 이다 의 경우 는 는 이었다 실험에 사용되어 증폭된 산물의 크기는 는 은 는 였다 의 의 조건과 과정은 이미 보고된 연구들의 방식대로 시행하였다 증폭된 중합효소연쇄반응의 산물은 이 함유된 을 통한 전기영동을 이용하여 분리 관찰하였다 확인된 띠 의 세기는 - 를 이용하여 반정량적으로 분석하였고 대조군의 를 으로 하였을 때 실험군의 값을 비율로 나타내어 로 나타내었다 Real-time PCR 분석합성된 μ 를 대상으로 - 를 사용하여 을 이용한 점액유전자 발현 반응을 시행하였다 은 최종량이 μ 가 되게 의 와 최종 농도가 μ 이 되게 를 투여하였으며 의 μ 를 이용하여 실험을 수행하였다 정량적인 은 - 를 사용하여 에서 초간 변성 과정을 거치고 에서 초간 결합 - 반응을 시킨 후 에서 초간 연장 반응하였고 이러한 과정을 회 반복하였다 증폭의 정확도는 변형곡선 을 사용하여 평가하였다 면역분석법 (Immunoassay) 당단백의 함량을 측정하기 위해서 법을 이용하였다 시료를 처리한 배양된 세포에서 로 단백을 추출하여 정량하였다 추출한 단백 μ 을 에 담고 에서 건조될 때까지 방치한 후 를 로 회 세척하였다 비특이적 결합을 방지하기 위해 으로 실온에서 시간 동안 차단한 후 로 회 세척한 다음 을 함유한 에 으로 희석된 일차항체로 반응시켰다 다시 로 회 세척한 후 이차항체를 을 함유한 에 으로 희석하여 각 에 첨가하였고 시간 후에 각 을 로 회 세척하였다 - 224
ASD Induces Expression Park CH, et al. 용액으로 발색한 후 를 이용하여 중단시켰다 R 로 에서 흡광도를 측정한 후 표준곡선을 이용하여 단백의 양을 정량하였다 Westen blot analysis of p38 and ERK1/2 MAPK phophorylation 세포를 에 담고 농도에 따라 황사 를 처리하여 접종 후 배양하였다 이후 에 각 세포들을 노출시킨 후 를 거쳐 에서 으로 원심 분 리시켜 각각의 을 만들었다 각각의 을 - 에서 부유한 후 원심분리를 시행하여 정제된 상충액을 로 보관하였다 이러한 방법으로 분리된 μ 의 단백을 - 을 이용한 전기영동을 실시하였다 전기 영동된 단백질을 으로 옮겨 과 와 로 처리하 여 항체와의 비특이적 결합을 억제시킨 후 와 일차항체로 각각 시간 반응시켰다 이후 와 로 세척하였으며 와 이 차항체로 각각 시간 반응한 다음 세척하여 - 를 이용하여 현상하고 초간 에 감광하여 각각의 띠 를 확인하였다 감광 된 띠의 세기는 - 를 이용하여 반정량적으로 분석하여 상대적 인 로 나타내었다 형질전환 형질 전환 실험 사용 순서 및 조건은 및 의 에 대해 게시된 제조사의 방법대로 시 행하였다 간략히 설명하자면 세포를 에 의 농도로 접종 후 배지를 이용하여 항생제 없이 하룻밤 동안 배 양하였다 다음 날 정도의 융합기가 되어 로 세척 한 후 을 세포에 첨 가하였다 와 핵산 전송 물질인 - 을 복 합체를 만들기 위해 분간 에서 배양 후 복합체를 함유한 배지를 농도 로 각각의 에 첨가 후 배양기에서 로 시간 배 양하였다 복합체 배 지를 형질 전환 활성의 손실 없이 시간 후 배지 로 대체한 후 를 이용하여 시간 동안 형질 전환을 거친 세포를 농도의 황사에 노출시키 고 을 이용하여 의 발현량을 측정하 였다 세포에서 의 형질 전환 은 이상으로 측정되었고 와 대조군 의 형질 전환도 위 와 동일한 과정으로 수행하였다 통계 모든 실험은 차례 이상의 반복 실험을 통해 얻은 결과값 을 이용하여 분석하였으며 통계 처리는 용 을 사용하였다 모든 실험은 p 값이 미만인 경우를 유의한 것으로 정하여 와 를 이용하여 분석하 였다 결 과 NCI-H292 세포에서황사가 와 MUC16 발현에미치는영향 황사가 미치는 주요 호흡기 막결합점소인 와 발현을 알기 위해서 세포에 각각 다른 농도의 황사 를 투여하여 시간 동안 배양하였다 분석 결과 황사 가 모든 용량에서 발현을 의미 있게 증가하였 으나 발현은 대조군과 차이가 없었다 황사의 용량에 따른 발현과 당단백 생성 을 알아보고자 세포에 황사를 투여하고 각각 시 간과 시간 동안 배양한 후 시행한 과 의 분석 결과에서 발현과 당단백 생성은 모든 용 량에서 증가하였으나 용량의존성은 없었다 황사와 배양 시간에 따른 발현을 알아보 고자 황사 μ 을 세포에 투여하고 각각 시간 시간 시간 시간 시간을 배양한 후 로 발현을 분석한 결과 배양 시간 후 발현이 가장 증가되었으나 시간 의존성은 관찰되지 않았다 NCI-H292 세포에서황사가 ERK1/2 MAPK 와 p38 MAPK 를통한 발현에미치는영향 황사에 의해 유도된 발현에서 신호전달 경로를 알 아보기 위하여 세포에서 와 www.kjorl.org 225
Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 신호전달 경로를 분석하였다 황사 μ 을 투여한 후 시간에 따른 와 의 인산화를 으로 분석한 결과에서 와 가 시간이 경과함에 따라 인산화가 의미 있게 증가하였다 와 의 인산화가 황사에 의해 유도된 발현을 증가시키는 신호전달 경로를 확인하기 위해서 세포에 의 억제제인 μ 과 의 억제제인 μ 으로 전 처치 후 황사 μ 을 투여하고 각각 시간과 시간 동안 배양하였다 과 로 분석한 결과에서 황사에 따른 발현과 당단백 생성이 대조군과 비교하였을 때 의미있게 감소하였다 또한 와 의 신호전달 경로를 검증하기 위하여 세포를 와 로 각각 표적 유전 자를 시킨 후 으로 분석하였으며 충 분한 형질 전환이 일어났음을 확인하였고 각각의 표적유전자 형질 전환을 시행한 후 황사 μ 을 투여하였으 며 시간 동안 배양 후 의 발현 정도를 로 측정한 결과 의 발현이 대조군과 비교 하였을 때 모두 의미 있게 감소함을 확인하였다 NCI-H292 세포에서황사가 를통한 발현에미치는영향 황사에 의해 유도된 발현에 대한 의 역할을 확 인하기 위해 와 의 발현을 을 통해 분석하였다 황사가 의 발현을 증 가시켰고 이는 용량의존성을 보였다 그러나 발현은 대조군과 비교하였을 때 차이가 없었다 MUC16 1 8 and MUC16 8 MUC16 Relative A 1 2 4 8 4 hours B 1 2 4 8 4 hours 3 protein production (% of control) 1 Normalized relative C 1 2 4 8 8 hours D 1 2 4 8 4 4 4 4 4 Hours Fig. 1. Effects of ASD on and MUC16 expression in NCI-H292 cells. Results of RT-PCR showed that ASD significantly induced. However, ASD did not induce MUC16 (A). Results of real-time PCR and ELISA showed that and protein production were significantly increased at all concentration of ASD (B and C). Results of realtime PCR showed that was significantly increased at all times, and peaked at 4 hours after exposure to ASD (4 μg/ml) (D). Images are representative of three separate experiments performed in triplicate (n=3). Bars indicate the average±s.d. of three independent experiments performed in triplicate. p<.5 vs. baseline. ASD: Asian sand dust, ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay, : glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, RT-PCR: reverse transcription polymerase chain reaction, PCR: polymerase chain reaction. 226
ASD Induces Expression Park CH, et al. p-erk1/2 ERK1/2 p-p38 Relative phospho-erk1/2 and p38 expression A p38 5 3 1 p-erk1/2 p-p38 4 4 4 4 4 4 1 2 3 6 12 Time (min) Relative B 3 1 4 4 4 2 6 2 4 hours U126 (μm) SB2358 (μm) ERK1 β-actin Con ERK1 Relative ERK1 expression 1.5 1.5 19.8% Con ERK1 protein production (% of control) C 25 15 1 5 4 4 4 2 6 2 8 hours U126 (μm) SB2358 (μm) ERK2 β-actin p38 β-actin D Con Con ERK2 p38 Relative ERK2 expression Relative p38 expression 1.5 1.5 1.5 1.5 8.71% Con ERK2 16.4% Con p38 Relative E 5 3 1 4 4 4 4 Con Con ERK1 ERK2 p38 4 hours Fig. 2. Effects of ASD on phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK in NCI-H292 cells. Results of Western blot showed that ASD significantly activated phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK (A). Results of real-pcr and ELISA showed that U126 (ERK1/2 MAPK inhibitor) and SB2358 (p38 MAPK inhibitor) significantly inhibited ASD-induced and protein production (B and C). Western blot analysis was applied to detect the transfection efficiency (D). Results of RT-PCR showed that knockdown of ERK1, ERK2 and p38 MAPK by significantly blocked ASD-induced (E). Images are representative of three separate experiments performed in triplicate. Bars indicate the average±s.d. of three independent experiments performed in triplicate (n=3). p<.5 vs. baseline, p<.5 vs. ASD (4 μg/ml) only, p<.5 vs. control only, p<.5 vs. ASD (4 μg/ml) and control. ASD: Asian sand dust, Con: control, ERK: extracellular signal-regulated kinase, MAPK: mitogen-activated protein kinase, ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay, : glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, p38: p38 MAPK, RT- PCR: reverse transcription polymerase chain reaction, : small interfering ribonucleic acid, PCR: polymerase chain reaction. www.kjorl.org 227
Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 황사에 의해 유도된 발현에서 와 의 신호전달 경로를 확인하기 위하여 를 이용하여 시킨 후 으로 분석하였으며 충분한 형질 전환이 일어났음을 확인하였고 황사 μ 을 투여하였으며 시간 동안 배양한 후 시행한 검사 결과 와 의 인산화가 대조군과 비교하였을 때 의미 있게 감소하였고 시간 동안 배양한 후 발현정도를 로 분석한 결과 발현이 대조군과 비교하였을 때 의미 있게 감소함을 확인하였다 하비갑개점막상피세포에서황사가 발현에미치는영향 일차 배양된 하비갑개 점막 상피세포에서 황사의 용량에 따 른 와 발현에 미치는 영향에 대 해 알아보고자 하비갑개 점막 상피세포에 다양한 용량의 황 사 μ 를 처리하였으며 시간 동안 배양한 후 시행한 검사에서 와 의 발현이 모든 용량에서 의미 있게 증가함을 확인할 수 있었 다 또한 당단백 생성 정도를 확인하기 위해 시행한 검사에서도 의미 있는 당단백 생성 증가를 확 인할 수 있었다 의 억제제인 μ 과 의 억제제인 μ 으로 전 처치 후 TLR2 β-actin 8 1.5 Relative TLR2 and expression TLR2 Relative expression 1.5 A 1 2 4 8 4 hours B Con 3.35% p-erk1/2 ERK1/2 p-p38 p38 Relative phospho-erk1/2 and p38 expression 3 1 p-erk1/2 p-p38 Relative C 4 4 Con Con 1 hours D 4 4 Con Con 4 hours Fig. 3. Roles of TLR in ASD-induced expression in NCI-H292 cells. Results of RT-PCR showed that ASD significantly increased in dose dependent-manner. However, TLR2 was not increased (A). Western blot analysis was applied to detect the transfection efficiency (B). Results of RT-PCR showed that knockdown of by significantly blocked ASD-induced (C). Results of Western blot showed that knockdown of by significantly blocked ASD-induced phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK (D). Images are representative of three separate experiments performed in triplicate (n=3). Bars indicate the average±s.d. of three independent experiments performed in triplicate. p<.5 vs. baseline, p<.5 vs. control only, p<.5 vs. ASD (4 μg/ml) and control. ASD: Asian sand dust, Con: control, : glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, RT-PCR: reverse transcription polymerase chain reaction, : small interfering ribonucleic acid, TLR: toll-like receptor, MAPK: mitogen-activated protein kinase, ERK: extracellular signal-regulated kinase. 228
ASD Induces Expression Park CH, et al. and mrna expression A 8 1 2 4 8 4 hours protein production (% of control) B 3 1 1 2 4 8 8 hours Relative C 1 8 4 4 4 2 2 4 hours U126 (μm) SB2358 (μm) protein production (% of control) 3 1 4 4 4 2 2 2 8 hours U126 (μm) SB2358 (μm) Fig. 4. Effects of ASD on and expression in human nasal epithelial cells. Results of RT-PCR showed that ASD significantly induced and (A). Results of ELISA showed that protein production were significantly increased at all concentration of ASD (B). Results of RT-PCR and ELISA showed that U126 (ERK1/2 MAPK inhibitor) and SB2358 (p38 MAPK inhibitor) significantly attenuated ASD-induced and protein production (C and D). Images are representative of three separate experiments performed in triplicate (n=3). Bars indicate the average±s.d. of three independent experiments performed in triplicate. p<.5 vs. baseline, p<.5 vs. ASD (4 μg/ml) only. ASD: Asian sand dust, ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay, : glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, RT-PCR: reverse transcription polymerase chain reaction, TLR: toll-like receptor, ERK: extracellular signal-regulated kinase, MAPK: mitogen-activated protein kinase. D 황사 μ 를 투여하였을 때는 발현과 당단백 생성이 의미 있게 감소하였다 고찰 황사는 매년 봄철이면 국내를 포함한 동아시아 지역에서 주기적으로 발생하는 기상현상이다 황사 현상에서 상대적으로 크기가 큰 입자들은 주변부 및 발원지에 머물게 되고 국내에 유입되는 황사 입자의 크기는 대부분 μ 이하의 미세먼지 이다 미세먼지는 흡입 시 하부기관지 및 폐의 가스 교환부분까지 침착하여 다양한 기전을 통해 호흡기 손상을 유발하는 것으로 알려져 있다 특히 최근 연구에서 황사가 사람 호흡기 상피세포에서 와 점액유전자를 과발현시키고 사람 비용 상피세포에서도 와 의 점액유전자 과발현을 유발한다고 알려져 있다 그러나 황사가 호흡기 방어기전의 중요한 점소인 와 과 같은 막결합형 점소에 미치는 영 향에 대해서는 연구된 바가 없다 이에 본 연구에서는 사람의 호흡기 상피세포에서 황사가 주요 막결합형 점소인 와 의 발현에 미치는 영향과 관련 기전에 대해 중점을 두고 연구를 진행하였으며 본 연구의 결과를 통해 황사가 의 과발현을 유발함을 확인할 수 있었다 호흡기에서 정상적으로 존재하는 는 과 함께 호흡기 점액층의 내층을 구성하는 주요 점소로 외부 물질과 손상으로부터 호흡기 점막를 보호하는 기능을 하는 중요한 막결합형 당단백질로 알려져 있다 또한 는 상피세포 재상 세포 분화 - 세포 신호전달 세포 부착 암의 발생 등에 관여하는 것으로 알려져 있다 특히 호흡기 질환에서는 섬암종 에서 높은 발현을 보이며 섬암종의 감별진단과 예후 평가에 유용한 바이오마커로 사용되고 있다 또한 낭성 섬유증 - 과 만성폐쇄성폐질환 등의 만성 염증성 호흡기 질환에서도 정상과 다른 www.kjorl.org 229
Korean J Otorhinolaryngol-Head Neck Surg 217;6(5):222-31 ASD ERK1/2 MAPK & p38 MAPK Cytoplasm mrna nucleus Human airway epithelial cells 발현양상을 보이는 것으로 알려져 있다 그러나 아직까지 를 포함한 다양한 막결합형 점소의 생리적 기능과 과 발현이 가지는 병태생리학적 의미에 대해 이해하기 위해서는 추가적인 연구가 필요한 실정이다 protein Fig. 5. The schematic signaling pathway of ASD on expression in human airway epithelial cells. ASD induces expressions via -dependent ERK1/2 and p38 MAPK signaling pathway. ASD: Asian sand dust, ERK: extracellular signal-regulated kinase, MAPK: mitogen-activated protein kinase, TLR: toll-like receptor. 은 호흡기 상피세포에서 외부로부터 유입되는 병원체를 인식하여 선천면역 반응에 중요한 역할을 담 당하며 점소 분비 조절에 있어서는 와 발현 증가에 중요한 역할을 한다 본 연구에서도 사람 호 흡기 상피세포에서 황사에 의한 발현 여부를 알아본 결과 황사가 발현을 유도한다는 것을 알 수 있었다 사람의 호흡기 상피세포에서 주요 점액유전자 발현의 신 호전달 경로 중 와 에 대한 연구 들을 살펴보면 와 이 또는 신호전달 경로를 통해 발현과 발현 발현을 유도하였으 며 β 과 는 신호전달 경로를 통해 발현을 유도하였고 특히 황사가 와 신호전달 경로를 통해 와 발현을 유도하였다 이에 본 연구에 서도 황사가 발현 유도에 있어 와 신호전달 경로가 중요한 역할을 할 것으로 생각되어 확인해 본 결과 황사가 와 인산화 를 의미 있게 증가시켰고 와 인 산화를 억제하였을 경우 황사에 의한 발현이 감소됨 을 확인할 수 있었다 이를 통해 황사가 와 신호전달 경로를 통해 발현을 증가시키 는 것을 알 수 있었다 또한 황사에 의한 발현의 증가 에 있어서 의 연관성을 확인해 본 결과 기존의 연구들과 유사하게 에 매개된 와 신호전달 체계의 활성화가 연관되어 있음을 확인할 수 있었다 그러나 본 연구 의 제한점은 막결합성 점소의 분석에서 의 발현변화 를 확인하지 못하였다는 점 복합물인 황사의 성분에 대한 개별적 효과에 대한 검증이 부족하다는 점과 세포에만 국한 된 실험 결과이므로 추가적인 동물실험을 통해 연구 결과에 대한 확인이 필요하다는 점을 들 수 있겠다 이를 해결하기 위해서 추가적인 연구가 뒤따라야 할 것으로 생각된다 결론적으로 본 연구 결과를 통해 황사가 에 의존한 와 신호전달 경로를 통해 발현을 증가시키는 것을 알 수 있었고 이는 황사와 관련된 다 양한 호흡기 질환의 병태생리를 이해하는 데 중요한 기초자 료가 될 것으로 생각된다 REFERENCES 1) Ali MS, Pearson JP. Upper airway mucin gene expression: a review. Laryngoscope 7;117(5):932-8. 2) Williams OW, Sharafkhaneh A, Kim V, Dickey BF, Evans CM. Airway mucus: from production to secretion. Am J Respir Cell Mol Biol 6;34(5):527-36. 3) Kim KC. Role of epithelial mucins during airway infection. Pulm Pharmacol Ther 212;25(6):415-9. 4) Martínez-Antón A, Debolós C, Garrido M, Roca-Ferrer J, Barranco C, Alobid I, et al. Mucin genes have different expression patterns in healthy and diseased upper airway mucosa. Clin Exp Allergy 6;36(4):448-57. 5) Jung JH, Kang IG, Cha HE, Choe SH, Kim ST. Effect of Asian sand dust on mucin production in NCI-H292 cells and allergic murine model. Otolaryngol Head Neck Surg 212;146(6):887-94. 6) Kim JH, Jeon HK, Kim MK, Kyung SY, An CH, Lee SP, et al. Particulate matter from Asian dust storms induces the expression of proinflammatory cytokine in A549 epithelial cells. Tuberc Respir Dis 6;6(6):663-72. 7) Choi YS, Bae CH, Song SY, Kim YD. Asian sand dust increases MUC8 and MUC5B expressions via -dependent ERK2 and p38 MAPK in human airway epithelial cells. Am J Rhinol Allergy 215;29(3):161-5. 8) Kim ST, Ye MK, Shin SH. Effects of Asian sand dust on mucin gene expression and activation of nasal polyp epithelial cells. Am J Rhinol Allergy 211;25(5):33-6. 9) Ichinose T, Yoshida S, Hiyoshi K, Sadakane K, Takano H, Nishikawa M, et al. The effects of microbial materials adhered to Asian sand dust on allergic lung inflammation. Arch Environ Contam Toxicol 8; 55:348-57. 1) Kim YD, Bae CH, Song SY, Choi YS. Effect of β-glucan on and MUC5B expression in human airway epithelial cells. Int Forum Allergy Rhinol 215;5(8):78-15. 23
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