생애초기 저산소증으로 인한 신경행동기형에 관한 연구

Abstract

[한글]

신경행동기형이란 뇌발달시기에 약물 또는 어떠한 환경자극에 노출되어 출생후 신경행동이상을 보이는 경우에 사용하는 용어이다. 이러한 신경 행동기형이 나타나는 원인으로는 가시적 뇌손상이 없더라도 뇌기능의 변동에 의할 것이라고 일반적으로 받아들여진다. 이러한 발생 장애의 가장 큰 위험 인자로 출산 전후의 저산소증이 있고 그 외에 조산으로 인한 이차적 저산소증도 중요하다고 알려져 있다. 하지만 저산소증이라는 한가지 요인이 뇌기능 장애를 일으킨다고 생각되지는 않으며, 저산소증에 특히 민감해지는 어떠한 선행조건이 있을 때 저산소증에 의한 뇌기능 장애가 나타날 것으로 생각된다. 본 연구에서는 뇌 5-hydroxytryptamine(5-HT)기능 변동이 저산소증에 더하여 신경행동기형 발현에 미치는 영향을 검색하고자 생애 초기 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄제 투여가 성장 후에 행동변이와 신경화학적 변동을 가져오는 지에 대해 알아보았다. 실험 방법으로는 실험실 내에서 양육한 Sprague-Dawley 랫트를 NH군(not handled), H군(handled), N^^2 군(100% N^^2 가스에 노출시켜 저산소증을 유발한 군), NAN군(5-HT^^1A 수용체 봉쇄제인 NAN-190 HBr 처치군), K군(5-HT^^2A/2C 수용체 봉쇄제인 ketanserin 처치군) 및 NAN-190 HBr과 ketanserin을 단독 또는 동시에 전처치후 저산소증을 유발한 NAN+N^^2 군, K+N^^2 군, NAN+K+N^^2 군으로 나누어 실험을 진행하였다. 저산소증 유발은 생후 2일째 100% N^^2 가스에 12분간 노출시켰으며, 5-HT수용체 봉쇄제는 저산소증 유발 30분전에 2mg/kg의 NAN-190 HBr나 ketanserin을 단독 또는 동시에 복강내 주사로 투여하였다. 실험동물은 정기적으로 체중을 측정하였으며 생후 12∼15일에 개안율을 검사하였다. 생후 22일에 wire maneuver

test를 시행하였고 생후 40∼55일과 63∼84일에 각각 탐색활동 검색과 Rota-Rod test를 시행하였다. 행동 검색이 끝난 실험동물은 생후 100일에 희생시켜 대뇌 피질에서 5-HT^^1A 수용체와 5-HT^^2A/2C 수용체 결합시험을 시행하고 뇌 부위별로 아민성 신경전달물질과 그 대사산물의 함량을 측정하였다.

이 연구의 결과는 다음과 같다.

1. 생후 2일에 저산소증 유발 또는 5-HT수용체 봉쇄를 각각 단독으로 처치한 경우보다 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 동시에 처치한 경우의 사망률이 높았다.

2. 생후 2일에 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 경험한 랫트의 발달지표로 검색한 체중증가, 개안, 및 wire maneuver test는 군간에 차이가 없었다.

3. 생후 2일에 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 경험한 랫트의 생후 40∼55일의 탐색활동검사상 수컷의 NAN+N^^2 군과 암컷의 NAN군에서 보행활동도가 현저히 증가되었다.

4. 생후 2일에 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 경험한 랫트의 생후 63∼84일의 Rota-Rod test상 암수 모두 NAN군과 NAN+N^^2 군에서 운동조정기능이 감소되어 있었다.

5. 생후 2일에 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 경험한 랫트의 뇌를 생후 100일에 취하여 뇌 부위별 아민성 신경전달물질과 그 대사산물의 함량을 측정하였으나 군간에 차이가 없었다.

6. 생후 2일에 저산소증 유발과 5-HT수용체 봉쇄를 경험한 랫트의 생후 100일에 측정한 대뇌피질의 5-HT^^1A 수용체 및 5-HT^^2A/2C 수용체의 친화도(pKd) 및 밀도(Bmax)를 측정한 결과 수용체 친화도에는 변화가 없었다. 5-HT^^1A 수용체 밀도는 N2, NAN 및 NAN+N^^2 군에서 현저하게 감소되었고, 생애초기에 5-HT^^1A 수용체 봉쇄를 경험한 군에서 5-HT^^2A/2C 수용체 밀도가 증가되었다.

이상의 결과로 보아 생애초기의 저산소증 유발은 성장후 행동과 뇌 신경화학적 변동을 초래하는 신경행동기형을 나타내며 이에는 5-HT^^1A 수용체 활성이 중요한 역할을 할 것으로 생각된다.

[영문]

Neurobehavioral teratology is a term used for the postnatal effects on behavior of prenatal exposure to drug or to specific environment. In many cases, one cannot find the brain lesion as an etiology of neurobehavioral teratology. It is assumed that the functional changes without organic lesions in brain can cause long-lasting behavioral abnormalities. Perinatal hypoxia is a major risk factor far development of behavioral abnormalities, such as cerebral palsy, mental retardation and teaming disability. These behavioral abnormalities seem to be manifested not only from the hypoxia but from the increased vulnerability of neuron. The objective of this study is to investigate the effects of neonatal hypoxia on long-term changes of behavior and neurochemical system and to learn the role of 5-hyroxytryptamine(5-HT) in hypoxic stress.

Sprague-Dawley rats ware mated and bred under laboratory circumstances to avoid the environmental difference which might have undesirable effects on study. They were grouped as NH(not handled), H(handled),N^^2 (exposed to 100% N^^2 gas), NAN(NAN-190 HBr, 2 mg/kg intraperitoneally[i.p.]), K(ketanserin tartrate, 2mg/kg i.p.), NAN+N^^2 (NAN-190 HBr,2 rngtg i.p. and 100% N^^2 gas), K +N^^2 (ketanserin tartrate,2 mg/kg i.p. and 100% N^^2 gas) and NAN+K+N^^2 (NAN-190 HBr and ketanserin tartrate,2 mg/kg i.p. each and 100% N^^2 gas). Exposure to hypoxic environment was

done in postnatal day(PND) 2 for 12 minutes. NAN-190 HBr or ketanserin tartrate or both were injected intraperitoneally 30 minutes before exposure to hypoxic environment. Rats were weighed periodically and examined the eye opening. Wire maneuver test was done on PND22. Between PND 40∼55 and PND 63-84, explorative behavior teat and Rota-Rod test were done serially. They were sacrificed in PND 100, and aminergic neurotransimitters and their metabolites were measured by High Performance Liquid Chromatography - Electrochemical Detection(HPLC-ECD) system. Receptor binding assay was done using 8-OH-DPAT and ketanserin HCI in brain cortex.

The results are as follows;

1. The group treated with 5-HT receptor antagonist and hypoxia showed higher death rate than 5-HT receptor antagonist or hypoxia alone.

2. There were no differences in weight gain, eye opening, and the result of wire maneuver test among groups.

3. In explorative behavior test, NAN+N^^2 group in male and NAN group in female showed markedly increased activities.

4. In Rota-Rod test, NAN and NAN +N^^2 groups in both male and female showed decreased motor coordination.

5. There were no differences in the concentration of aminergic neurotranamitters and their metabolites, when measured in PND 100 according to the brain sites.

6. There were no differences in pKd of 5-HT receptors measured on PND 100. But Bmax of 5-HT^^1A receptor were low in N^^2 NAN and NAN+N^^2 groups. NAN and NAN+N^^2 groups showed elevated Bmax of 5-HT^^2A/2c receptor.

It is concluded that exposure to hypoxia in neonatal period causes long-lasting neurobehavioral changes with neurochemical abnormalities, and 5-HT receptor activity has a role in that mechanism.