뇌허혈/재관류로 인한 뇌조직 아민 변동과 nitric oxide 및 산소유리기와의 관련성

Abstract

[한글]

뇌허혈성 손상의 기전으로는 흥분성 신경전달물질변동, 세포내 칼슘함량 증가, 세포성 에너지대사 장애가 주장되고 있으며, 특히 재관류시 생성되는 산소유리기(oxygen free radical)의 역할에 많은 관심이 모아지고 있다. 허혈시 신경세포막은 탈분극되고 흥분성 신

경전달물질인 glutamate를 유리시켜 N-methyl-D-aspartic acid(NMDA) 수용체를 활성화시킴으로써 칼슘이 신경세포내에 축적된다. 신경세포내에 축적된 칼슘은 재관류로 산소가 다시 뇌로 공급될 경우 신경세포내 산소의존성 nitric oxide synthase(NOS)를 활성화시켜

arginine으로부터 nitric oxide(NO)를 합성하게 한다. 이 NO는 재관류시 형성된 superoxide 음이온(O^^2**-)응하여 peroxynitrite(OHOO**-)가 되어 신경에 치명적인 손상을 주게 된다. 그러므로 뇌허혈시 산소유리기를 제거하거나 NOS의 작용을 차단하는 물질을 사용하면 재관류로 인한 신경조직 손상을 최소한으로 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 산소유리기의 제거물질인 dime-thylthiourea(DMTU) 및 NOS의 경쟁적 억제제인 N**G -monomethyl-L-arginine(NMMA)을 이용하여 이를 확인하여 보고자 하였다. 첫째로 모래쥐(Mongolian gerbil: Meriones unguiculateus)의 양쪽 총경동맥을 일시 결찰함으로써 뇌허혈/재관류를 유발하여 뇌조직 아민 및 그 대사산물의 변동을 살펴보았으며, 둘째로 생체내 실험결과를 검증하기 위하여 저산소노출시 선조체조직절편에서 [(3)**H]dopamine의 유리에 대한 NMMA 및 DMTU의 효과를 알아보았다.

본 실험으로부터 얻은 결과는 다음과 같다.

1. 양쪽 총경동맥을 결찰하여 10분간 허혈을 유발한 후 15분간 재관류시켰을 때 선조체에서는 DOPAC 및 HVA 함량이 증가하고 DOPAC/dopamine 및 HVA/dopamine 비율이 증가되었으며 HVA/DOPAC 비율은 감소되었으나 전두피질 및 해마의 생체내 아민은 별다른 영향을 받지 않았다.

2. NMMA로 전처치하였을 때 선조체의 DOPAC 및 HVA 함량은 단순 허혈/재관류군과 차이가 없었으나 허혈/재관류로 증가되었던 DOPAC/dopamine 비율은 의의있게 감소되었다.

3. DMTU 전처치는 허혈/재관류로 증가되었던 선조체의 DOPAC 및 HVA 함량을 감소시켰으며, 허혈/재관류로 증가되었던 DOPAC/dopamine 및 HVA/dopamine 비율도 의의있게 감소시켰다.

4. NMMA와 DMTU를 동시에 전처치하였을 경우 허혈/재관류로 증가되었던 선조체의 DOPAC 및 HVA 함량과 DOPAC/dopamine 및 HVA/dopamine 비율이 감소되었으며, NMMA 또는 DMTU 단독처치시보다 그 효과가 현저하였다.

5. 선조체절편의 [(3)**H]dopamine 유리는 저산소영양액에 노출함으로써 증가되었다.

6. 선조체절편을 저산소영양액에 노출하기 전 NMMA 또는 DMTU를 투여하였을 매 저산소영양액 노출로 야기되는 [(#)**H]dopamine의 유리증가는 억제되었다.

7. 저산소영양액에 노출하기 전 NMMA와 DMTU를 동시에 투여하였을 때 저산소영양액 노출로 야기되는 [(3)**H]dopamine 유리증가는 각각 단독으로 투여하였을 때보다 현저하게 억제되어 대조군치와 비슷한 수준으로 감소되었다.

이상의 결과로 보아 허혈/재관류 손상으로 인한 뇌조직 아민의 변동에는 산소유리기가 중요한 역할을 하며, 이때 NO가 악화인자로 작용한다고 생각한다.

[영문]

Many factors are known to be responsible for cerebral ischemic injury, such as excitatory neurotransmitters, increased intraneuronal calcium concentration, or disturbance of cellular energy metabolism. Recently much interest has been focused

on the role of oxygen free radicals during reperfusion. In cerebral ischemia, a series of events occur, ie., depolarization of neuronal mom-branes, release of excitatory neurotransmitter glutamate, activation of the N-methyl-D-aspartic acid(NMDA) receptor, and intraneuronal accumulation of calcium. On reperfusion, the accumulated intraneuronal calcium activates intraneuronal oxygen-dependent nitric oxide synthase(NOS) and synthesizes nitric oxide(NO) from arginine. NO reacts with

superoxide anion(O^^2**-) produced during reperfusion and forms

peroxynitrite(ONOO**-), which causes severe neuronal injury. This study was therefore aimed to investigate the role of oxygen free radical and NO during cerebral ischemia/reperfusion, using dimethylthiourea(DMTU), an oxygen free radical scavenger and N**G -monomethyl-L-arginine(NMMA ), a competitive NOS inhibitor.

In the in vivo experiment, the ischemia/ reperfusion-induced changes of cerebral biogenic amines were examined in Mongolian gerbil(Meriones unguiculatus) pre-treated with NMMA and/or DMTU. To induce cerebral ischemia/reperfusion, bilateral common carotid arteries were clamped for 10 minutes and then released for 15 minutes. The biogenic amines were measured by using HPLC-ECD(high performance liquid chromatography-electrochemical detection). To confirm the results from the in vivo experiments, the effects of NMMA and/or DMTU on [(3)H]dopamine re-lease from striatal slices exposed to hypoxia were investigated.

The results are as follows:

1) Ischemia/ reperfusion increased the ratio of DOPAC/dopamine and HVA/dopamine as well as the concentrations of DOPAC and HVA, which were evident only in corpus striatum.

2) NMMA attenuated the ischemia/reperfusion-induced increase in the ratio of DOPAC/dopamine in corpus striatum. However, the change of DOPAC or HVA was minimal.

3) DMTU attenuated the ischemia/reperfusion-induced increase of DOPAC and HVA, and the ratio of DOPAC/dopamine and HVA/dopamine in corpus striatum.

4) Simultaneous pre-treatment with NMMA and DMTU attenuated the

ischemia/reperfusion-induced increase of DOPAC and HVA, and the ratio of DOPAC/dopamine and HVA/dopamine in corpus striatum. The decree of attenuation was greater than the single treatment group with NMMA or DMTU.

5) Exposure to hypoxia markedly increased the release of [(3)**H]dopamine in the striatal slices.

6) The administration of either NMMA or DMTU attenuated the increased [(3)**H]dopamine release induced by hypoxia in the striatal slices.

7) The administration of both NMMA and DMTU markedly attenuated the increase of [(3)**H]dopamine release induced by hypoxia to the level of the control in the striatal slices.

These results suggest that oxygen free radical plays an important role in cerebral ischemia/reperfusion injury and NO appears to be responsible for that.