HaCaT 세포에서 염증성 사이토카인 발현과 Propionibacterium acnes에 대한 청색광의 효과

Abstract

Propionibacterium acnes (P. acnes)균은 여드름 병변에 염증반응을 촉진시키며, 털집관의 각화 상태를 변화시킨다. 또한 사이토카인 반응은 선천적 면역기능의 패턴 인식 수용체인 toll like receptor (TLR)에 의해 매개된다. 최근 가시광선, 특히 청색광이 광역동반응(photodynamic reaction)을 통해 P. acnes균에 대한 살균효과가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 염증성 병변에 청색광의 기전 및 효과는 정확히 밝혀져 있지 않다. 이 연구는 청색광이 P. acnes균에 대한 살균효과가 있는지를 알아보고, HaCaT 세포에서 염증성 여드름 병변의 다양한 매개 사이토카인과 TLR 2와 4의 발현을 청색광이 억제할 수 있는지를 분석하고자 하였다. P. acnes균을 배양한 brucella agar 평판배지에 3, 5, 7, 및 10분간 청색광을 조사하여 균의 살균효과를 알아보고, 청색광이 일정 두께의 장벽을 통과하고서도 P. acnes균을 살균시킬 수 있는지를 알기 위하여 2 mm 두께의 시험관내 thioglycollate 액체배지에 P. acnes균을 배양하여 10분간 청색광 조사 후 평판배지로 계대 배양하여 균의 집락 수 변화를 알아보았다. 그리고 청색광을 1, 3, 및 5분간 TNF-α 20 ng/mL 농도로 처치한 HaCaT 세포에 조사한 경우에서 IL-1α, IL-6, IL-8, TNF-α, 및 TLR 2와 4의 mRNA 발현을 RT-PCR 기법으로 분석하여 다음과 같은 성적을 얻었다. 청색광 조사 7분대부터 평판배지의 중심부에 P. acnes균이 살균되었고, 조사시간이 증가할수록 그 범위가 확대되었다. P. acnes균을 배양한 2 mm 두께의 시험관내 액체배지에 청색광을 10분간 조사 후, 균의 성장 양상을 평판배지로 계대 배양한 결과 균의 집락 수가 대조군에 비하여 약 50% 정도 감소하여 청색광이 일정 두께의 장벽을 통과하고서도 P. acnes균을 살균시켰다. HaCaT 세포에 청색광 조사 5분대에서 TNF-α와 TLR 2의 발현이 감소되었으나, IL-1α, IL-6, IL-8과 같은 다른 염증성 사이토카인 및 TLR 4의 변화는 없었고, 염증 매개 반응의 핵심 사이토카인인 TNF-α를 처치한 HaCaT 세포에서도 청색광 조사 후 TNF-α와 TLR 2의 발현이 조사시간의 증가에 따라 감소하였다. 이 연구 결과 여드름 병변을 호전시키는 청색광의 효과는 P. acnes균의 살균과 염증을 유발하는 TNF-α와 TLR 2의 발현 감소에 의하여 이루어지는 것임을 시사하며, 이는 청색광의 여드름 치료 효과 기전을 이해하는데 중요한 기초 자료가 될 것으로 생각한다. 또한 기존의 여드름 치료법을 시행하면서 청색광을 복합적으로 조사하면 여드름의 염증성 병변을 호전시키는데 효율적이면서도 안전한 치료법이 될 것으로 기대한다.

Propionibacterium acnes (P. acnes) triggers inflammatory reactions and also alter the infundibular keratinization status on the acne skin lesions. Cytokine response is mediated by pattern recognition receptors of the innate immune system, toll like receptor (TLR). Recently, the visible light, especially blue light, has been revealed bactericidal effect on P. acnes through a photodynamic reaction. However, the mechanism and effect of blue light on inflammatory lesions are largely unknown. The purpose of this study is to investigate the bactericidal effect of blue light on P. acnes as well as the inhibitory effect on the expressions of inflammatory cytokines and TLR 2 & 4 in HaCaT cells. Blue light was irradiated on brucella agar plate of P. acnes for 3, 5, 7, and 10 min to check the bactericidal effect. In order to check the penetrative and bactericidal effects of blue light, the blue light was irradiated on 2 mm-thick thioglycollate broth tube of P. acnes for 10 min and then, transferred to brucella agar plate and colony counts were checked. The expressions of IL-1α, IL-6, IL-8, TNF-α and TLR 2 & 4 in blue light irradiated-TNF-α (20 ng/mL) treated HaCaT cells each for 1, 3, and 5 min were analyzed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). In consequence, blue light exerted the bactericidal effect on P. acnes starting from 7 min as a clear zone in the center of brucella agar plate. The diameter of clear zone was increased as a time dependent manner. Blue light also had the penetrative and bactericidal effects on P. acnes in 2 mm-thick thioglycollate broth tube and as a result, it showed decreased colony counts of approximately 50% compared with the control. The decreased expressions of TNF-α and TLR 2 in blue light irradiated HaCaT cells were shown at 5 min except for IL-1α, IL-6, IL-8 and TLR 4. The expressions of TNF-α-induced TNF-α and TLR 2 were down-regulated by blue light in HaCaT cells as a time dependent manner. The result of the TNF-α and TLR 2 down-regulation as well as killing the P. acnes by blue light suggest important fundamental data for understanding the effect of blue light on the acne skin lesions and combining blue light with conventional therapy may be used as a safe and effective anti-acne treatment.