(The) effect of anticancer chemotherapeutic agents on human PMN chemotaxis in vitro

의학과/박사[한글] 화학주성이란 세포가 화학주성인자를 감식하고 저농도에서 고농도로 일정한 방향으로 움직이는 운동이다. 세포막에 존재하는 수용체에 화학주성인자가 결합하여 화학주성이 시작되며, 미세필라멘트(microfilament), 미소관(microtubule), 가족(pseudopod) 등의 세포운동소기관이 화학주성에 중요한 역할을 한다. 화학주성을 감소시키는 기전중의 하나로, 약제가 미세핀라멘트, 미소관, 가족등의 세포운동소기관 형성을 억제한다는 사실이 알려져 있다. 항암제를 투여 받는 환자에서 감염에 대한 감수성이 증가하는데, 골수억제 작용에 의한 과립백혈구 감소증 이외에도 화학주성과 같은 과립백혈구 기능의 억제작용도 감염에 대한 감수성 증가의 이유가 될 것으로 생각되어, 과립백혈구의 화학주성에 영향을 주는 항암제를 밝혀내고 이들 약제의 농도에 따른 화학주성 변화와 과립백혈구의 형태학적 변화를 전자현미경으로 관찰하여 화학주성능 감소원인의 일부를 규명하고자 연구에 착수하였다. 5-Fluorouracil, methotrexate, cytosine arabinoside, mitomycin-c등의 항암제로 인체 과립백혈구를 시험관내에서 20분간 처리후 한천배지평판법을 사용하여 zymosan 활성화 혈청(ZAS) 및 FMLP를 화학주성인자로 한 화학주성거리를 측정하고, 전자현미경적인 검색을 하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. Methotrexate 6×10**-2 M농도에서 처리한 과립백혈구의 화학주성거리는, FMLP를 화학주성인자로 하였을 때 1.28±0.05mm였고, ZAS를 화학주성인자로 하였을 매 1.34±0.12 mm로서, methotrexate로 처리하지 않은 과립백혈구의 2.20±0.15mm와 1.90±0.08mm에 비하여 의의있는 감소를 보였으며 (p<0.01), 8×10**-3 M에서는 FMLP 및 ZAS 모두에서 화학주성능이 소실되었다. 2. 5-Fluorouracil은 4×10**-2 M 농도에서 과립백혈구의 화학주성 저하가 관찰되었으며, cytosine arabinoside는 6×10**-2 M, mitomycin-c는 2×10**-4 M에서 화학주성의 저하를 나타내었고, 화학주성 이 소실된 농도는 5-fluorouracil이 5×10**-3 M, mitomycin-c가 4×10**-2 M 이었다. 3. 항암제 처리후에도 정상적 인 화학주성을 나타낸 과립백혈구에는 정상적 인 핵막과 세포막 및 여러개의 가족을 관찰할 수 있었고 가족 근처의 세포막 하부 및 세포질에는 미세필라멘트가 집합되어있었으나 화학주성이 감소된 과립백혈구에서는 미세필라멘트의 밀집정도가 정상화학주성중인 과립백혈구에 비해 감소됨을 관찰하였다. 그러나 항암제에 의해서 화학주성능이 소실된 과립백혈구는 세포질이 친수성을 나타내었으나 아주르친화성과립(azurophilic granule)에는 변화가 없었으며, 부분적인 세포막의 파괴, 세포질내 미토콘드리아 내막의 손상, 핵의 변성 또는 핵막과 세포질이 부분적으로 소실된 소견을 관찰할 수 있었다. 이상의 결과로부터 methotrexte는 치료용량을 사용할 때 혈청내 농축되는 최고농도범위에서 화학주성능이 감소되며, 5-fluorouracil, mitomycin-c, cytosine arabinoside는 치료용량을 사용하여 농축되는 최고농도보다 고농도에서 화학주성능이 감소된다고 사료되었으며, 화학주성능 저하의 기전은 수용체억제 및 세포내로의 정보차단 기전을 배제할 수는 없지만 항암제에 의한 가족이나 미세필라멘트 등의 세포운동 소기관의 생성억제나 세포막의 손상에 의한 것으로 추정되었다. [영문] Chemotaxis is directed cellular migration along the concentration gradient of a chemoattractant. Leukocyte chemotaxis is initiated by the binding of chemotactic factors to distinct plasma membrane receptors. The motile apparatus of PMN such as the pseudopod, microfilament and microtubule plays an important role in the chemotactic activity. One of the possible mechanisms that may account for a chemotactic deflect of PMN is the interference of drugs in the formation of the motile apparatus. Patients receiving cytotoxic drugs are at an increased risk of bacterial infection. Drug induced leukopenia may be responsible for depression of host defences. However, there is little information concerning the effects of cytotexic drugs on the important qualitative functions of PMN such as chemotaxis and phagocytosis. The resent study has attempted to examine the effect of anticancer drugs on PMN chemotaxis. Chemotactic activity of PMn that were incubated for 20 minutes in each concentration of anticancer drubs were measured by an agarose method using FMLP and ZAS as chemoattractants, and an electromicroscopic examination was performed. The results were summarized as follows: 1. The chemotactic distance of PMN treated with 6x10**-2 M of methotrexate was 1.28±0.05mm and 1.34±0.12 mm when using FMLP and ZAS as chemoattractants respectively. These were significantly cantly suppressed (p<0.01) when compared with 2.20±0.15 mm and 1.90±0.08 mm in the methotrexate untreated control group respectively. PMN treated with 8×10**-2 M of methotrexate lost the chemotactic activity. 2. The lowest concentrations of anticancer drugs that significantly (p<.1) suppressed the chemotactic activity of PMN were 4×10**-2 M of 5-fluorouracil, 2×10**-4 M of mitomycin-c and 6×10**-2 M of cytosine arabinoside. 3. The PMN that showed normal chemotaxis even after exposure to anticancer drugs had intact nucleic and cytoplasmic membranes as well as a number of pseudpods and collections of microfilaments. The PMN with suppressed chemotactic activity showed a decrease or loss of microfilament and pseudopod formation, and showed partial destruction of the cytoplasmic membrane. From the results stated above, it may be concluded that the chemotactic activity of PMN decreased at the concentration of the usual clinical dosage of methotrexate and decreased at a concentration higher than the usual clinical dosage of 5-fluorouracil, mitomycin-c and cytosine arabinoside. Interference of anticancer drugs on reorganization of the motile apparatus such as pseudopods and microfilaments, and direct damage to the cytoplasmic membrane by drugs could play a role in the reduction of chemotactic activity.restrictio