수종의 nucleotides가 간 문맥 평활근 수축에 미치는 영향

Abstract

[영문]

[한글]

세포내의 ATP(adenosine triphosphate)의 주작용은 체내에서 일어나는 여러가지 능동적

과정의 에너지 원으로 이용되는 것이다. 세포외액에도 ATP가 존재하여 혈관저항 및 조직

대사에 관여한다. ATP는 근육, 피부, 장관 및 관상동맥등과 같은 대부분의 혈관계에서 강

력한 혈관확장제이다. 그러나 ATP는 혈관수축반응도 나타내는데, 복재정맥 및 제대동맥

절편을 수축시키고, 분리한 관류신장 및 관류간장 표본의 저항을 증가시킨다. ATP에 의한

수축반응은 자궁근, 수정관, 방광 및 위와 같은 다른 평활근에서도 볼 수 있다. 그러나

ATP에 의한 평활근 수축에 대한 정확한 기전은 잘 알려져 있지 않다.

근자에는 혈관계에 퓨린성 신경계의 존재가 알려졌으며 이것은 ATP나 adenosine과 같은

퓨린 유도체를 신경전달 물질로 이용하고 있다고 한다. 평활근에는 두가지 종류의 퓨린

성 수용체가 있는데, 즉 adenosine에 민감한 P^^l-퓨린성 수용체와 ATP에 반응을 나타내

는 P^^2-퓨린성 수용체이다. 그러나 아직 이러한 수용체의 성상이나 수용체에 nucleotide

가 결합된 후에 혈관 평활근을 수축 혹은 이완시키는 기전에 대해서는 잘 알려져 있지 않

다.

본 연구에서는 첫째, 여러가지 nucleotides가 간 문맥 수축에 미치는 영향을 관찰하고

둘째,nucleotides가 수축을 일으키는 작용기전을 밝히고, 셋째, 간 문맥에 있을 것으로

추측되는 퓨린성 수용체의 성질의 일부를 밝히고저 하였다. 이를 위하여 nucleotides에

결합되어 있는 질소기(nitrogenous base) 및 phosphate의 수가 각각 다른 여러가지 nucle

otides들 즉, ITP(inosine triphosphate), GTP(guanosine triphosphate), CTP(cytidine t

riphosphate), ATP, ADP(rode-cosine diphosphate), AMP(adenosine monophosphate), ATPP

(adenosine tetraphosphate) 및 adenosine등을 사용하였다.

200gm정도 되는 쥐의 복강내에 Na-thiopental(30mg/kg)을 주사하여 마취시킨 후 개복하

여 간 문맥을 노출시킨 후 500USP units heparin을 i.v.로 주사하였다. 간 문맥 양쪽을

가는 실로 묶은 후 떼어내어 incubation bath에 옮긴 다음 간 문맥을 묶은 한쪽 끝은 inc

ubation bath바닥에 교정시키고, 나머지 한쪽 끝은 force transducer(Myograph, Narco Co

.)에 고정시켰다. Incubation용액은 Krebs-Ringe bicarbonate(KRB) 용액으로써 95% O^^2

∼5% CO^^2 혼합가스를 공급하여 pH를 7.4로 유지시켰다. 간 문맥의 자발적 수축 크기 및

수축 빈도를 Physiograph(MK-Ⅲ, Narco Co.)로 기록하였다. 조직을 incubation시킨 30분

후에 여러가지 nucleotides가 간 문맥 수축력 및 수축빈도에 미치는 영향을 비교 관찰하

였다. 중요한 실험결과는 아래와 같다.

1. ATP는 용액에 첨가한 약물농도에 비례하여 간 문맥의 수축력을 증가시켰으며 ITP도

수축력을 의의있게 증가시켰다. 그러나 GTP 및 CTP는 수축력을 증가시키는 경향은 있었으

나 통계적으로 의의는 없었다.

2. Adenine nucleotides들도 수축력을 증가시켰는데 수축력 크기는 ATPP>ATP>ADP>및 AM

P≒adenosine 순으로 나타났다.

3. 간 문맥 수축력의 크기는 용액내의 Ca**++ 농도에 비례하였으며 ATP는 낮은 Ca**++

농도(1.5mM이하)에서 의의있게 수축력을 증가시켰다.

4. ATP에 의한 수축력의 증가는 Ca**++통로 차단제인 verapamil에 의하여 억제되었다.

5. KRB용액을 Na**+이 없는 용액(Na**+ -free KRB)으로 대치하였을 때 간 문맥은 경축

현상과 함께 수축빈도가 증가하였다. 그러나 ATP는 이와같은 조건에서는 수축력이나 수축

빈도를 증가시키지 않았다.

6. 간 문맥 수축빈도는 incubation용액의 온도를 낮출 때 감소하였다. ATP는 각 온도에

서 수축빈도를 증가시켰다. 대개의 경우 용액의 온도가 14℃이하로 낮아질 때는 자발적

수축 현상이 없어지는데 ATP는 이때에도 자발적 수축을 다시 일어나게 하였다.

결론적으로 nucleotides에 의한 간 문맥의 자발적 수축력 및 수축빈도의 증가는 평활근

세포막을 통한 Ca**++ 이동의 증가에 의한 것으로 생각되며, 수용체에 nucleotides가 작

용하는 과정에 nucleosides의 구조 및 여기에 결합되어 있는 phosphate의 수가 영향을 미

치는 것으로 사료된다.

Effects of Various Nucleotides on Smooth Muscle Contraction in Rat Portal Vein

Chong Ock Lee

Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University

(Directed by Associate Pro(essor Joong Weo Lee, Ph, D.)

The major function of intracellular adenosine triphosphate(ATP) is as a free

energy source for most active processes in the body. In addition, extracellular ATP

affects both vascular resistance and tissue metabolism. ATP is a potent vasodilator

in many vascular beds including skeletal muscle, akin, ear, intestine and the

coronary system. However, vasoconstrictor responses to ATP occur in various tissue

preparations including the saphenous vein strip, umbilical artery, isolated

perfused kidney and perfused liver. Contractile responses to ATP have also been

demonstrated in other smooth muscles such as the uterus, vas deferens, urinary

bladder and stomach. The exact mechanisms for ATP-induced changes in vascular

resistance are still obscure.

The existence of a purinergic nervous system in the vasculature has been

recognized. It utilizes ATP or other related purine nucleotides as

neurotransmitters or neuromodulators. Two types of purinergic receptors in the

effective smooth muscle have been reported. P^^l-purinergic receptors are most

sensitive to adenosine and are blocked by methylxanthines. P^^2 purinergic

receptors are moat sensitive to ATP and are blocked by quinidine and apamin. The

mechanisms by which nucleotide binding to the receptor produces smooth muscle

activation is still not well known.

The present study was designed to investigate ⅰ) the actions of various

nucleotides on portal vein contraction, ⅱ) the mechanisms of action of nucleotides

on contraction, and ⅲ) the characteristics of purinoceptors on the portal vein.

Various nucleotides which have different structures‥nitrogenous babes and number

of phosphate attached to the nucleotides‥were employed. They were inosine

triphosphate(ITP), guanosine triphosphate(GTP), cytidine triphosphate(CTP), ATP,

adenosine monophosphate(AMP), adenosine and adenosine tetraphosphate(ATPP).

Sprague-Dawley rats (150 ∼200gm) were used throughout thin study. Each rat was

anesthetized with Na-thiopental(30 mg/kg, i.p.) and heparin(500 USP units) was

injected i.v. After ligation of both sides of the portal vein, it was excised from

the body, and transferred into the incubation bath where one aide was fixed to the

bath bottom and the other on a force transducer(Myograph, F-60, Narco Co.). The

incubation medium(Krebs-Ringer bicarbonate, KRB) contained(in mM) NaCl 117, KCI

4.7, CaC1^^2 1.51, KH^^2 P0^^4 1.19, MgS0^^4 1.44, NaHCO^^2 24.8 and glucose 5.5.

KRB was saturated with an O^^2/CO^^2(95-5 v/v) gas mixture and the pH was adjusted

to 7.4 at 36℃. The spontaneous contraction of the portal vein was measured by the

Myograph and recorded on a Physiograph(MK-Ⅲ, Narco Co.), Thirty minutes after

incubation the nucleotide was added to the incubation medium.

The main results of the experiment were:

1. ATP increased the contractile force of the isolated portal vein in proportion

to its concentration. ITP also increased the contractile force significantly.

Although GTP and CTP enhanced the contractile force partly, the changes were not

significantly different from the control.

2. The adenine derivatives including adenosine, AMP, ADP, ATP and ATPP increased

both the contractile force and the frequency. The adenine compounds in order of

activity were ATPP> ATP> ADP > AMP ≒adenosine.

3. The contractile force of the portal vein increased in direct proportion to the

Ca**++ concentration in the incubation medium. ATP significantly increased the

contractile force at low Ca**++ concentrations.

4. The increments of contractile force induced by ATP were inhibited by verapamil

a Ca**++ channel blocker.

5. In Na**+ -free KRB, the portal vein stowed a contracture with increasing

contractile frequency. However, ATP failed to increase the contractile force and

frequency in a Na**+ -free medium.

6. The contractile frequency of the portal vein decreased as the incubation

temperature was reduced. ATP increased the contractile frequency at each

temperature. In most cases, spontaneous contraction disappeared below 14℃;

however, ATP restored spontaneous contraction even at this low temperature.

In conclusion, nucleotide-induced increments of spontaneous contractile force and

frequency of the portal vein may he mediated by Ca**++ -influx through the plasma

membrane. The number of phosphate combined with nucleotides may have an important

role which affects the smooth muscle contraction of the portal vein.