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軽度およびステンレス鋼溶接ヒュームへの肺暴露後の循環因子の生物活性
Bioactivity of circulatory factors after pulmonary exposure to mild- and stainless-steel welding fumes.
PMID: 32514565 DOI: 10.1093/toxsci/kfaa084.
抄録
循環因子の変化が肺誘発性心血管系機能障害の要因であることが示唆されている。心血管機能障害を誘発することが知られている溶接ヒュームへの肺暴露後、循環因子が内皮機能に影響を及ぼすかどうかを評価する。スプラague-Dawleyラットから採取した血清を、2種類の組成の異なる金属を多く含む溶接ヒューム微粒子[ステンレス鋼電極を用いた手動金属アーク溶接（MMA-SS）または軟鋼電極を用いたガス金属アーク溶接（GMA-MS）]または生理食塩水に2mg/ラットの気管内投与24時間後に曝露して、一次心臓微小血管内皮細胞（PCME）のin vitro培養またはex vivo臓器培養の分子的および機能的効果を試験するために使用しました。溶接ヒュームは有意な肺損傷と炎症を誘発したが、血清抗酸化物質およびサイトカインレベルの測定値にはわずかな変化しかなかった。PCME細胞を曝露したラットから採取した血清で4時間チャレンジし、内皮機能に関連する84の遺伝子を解析した。相対的なmRNAパターンの変化から、GMA-MSやPBSではなく、MMA-SSに曝露したラットの血清は、細胞移動、血管新生、炎症、血管機能など、内皮細胞に関連するいくつかの機能的側面に影響を与えうることが示された。この予測は、in vitroの機能的アッセイ（スクラッチアッセイ）およびex vivoの多細胞環境（大動脈リング血管新生アッセイ）を用いて確認され、内皮細胞は、変化した循環因子の生物活性を決定するために、被曝した労働者の有効なスクリーニングツールとして使用できるという概念を検証した。全体的な結果は、肺MMA-SSヒューム暴露は、循環因子の変化を介して全身的に内皮機能の変化を引き起こす可能性があることを示している。
Studies suggest that alterations in circulating factors are a driver of pulmonary-induced cardiovascular dysfunction. To evaluate if circulating factors effect endothelial function after a pulmonary exposure to welding fumes, an exposure known to induce cardiovascular dysfunction, serum collected from Sprague-Dawley rats 24 h after an intratracheal instillation exposure to 2 mg/rat of two compositionally distinct metal-rich welding fume particulates [manual metal arc welding using stainless steel electrodes (MMA-SS) or gas metal arc welding using mild steel electrodes (GMA-MS)] or saline was used to test molecular and functional effects of in vitro cultures of primary cardiac microvascular endothelial cells (PCME) or ex vivo organ cultures. The welding fumes elicited significant pulmonary injury and inflammation with only minor changes in measured serum antioxidant and cytokine levels. PCME cells were challenged for 4 h with serum collected from exposed rats, and 84 genes related to endothelial function were analyzed. Changes in relative mRNA patterns indicated that serum from rats exposed to MMA-SS, and not GMA-MS or PBS, could influence several functional aspects related to endothelial cells, including cell migration, angiogenesis, inflammation, and vascular function. The predictions were confirmed using a functional in vitro assay (scratch assay) as well as an ex vivo multicellular environment (aortic ring angiogenesis assay), validating the concept that endothelial cells can be used as an effective screening tool of exposed workers for determining bioactivity of altered circulatory factors. Overall, the results indicate that pulmonary MMA-SS fume exposure can cause altered endothelial function systemically via altered circulating factors.
© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society of Toxicology. All rights reserved. For permissions, please email: journals.permissions@oup.com.