흰쥐에서 빈크리스틴에 의한 말초신경의 전기생리와 형태변화

Abstract

[한글]

빈크리스틴은 항암 치료제로서 백혈병, 임파선암등에 좋은 효과를 보이며 골수기능의 억제작용이 적기 때문에 여러가지 다른 항암제와의 복합치료에 많이 이용되고 있다. 빈크 리스틴의 항암 효과는 tubulin과 결합하여 방추체 형성을 억제함으로써 핵분열 중기에 세

포분열을 중지시키는 것으로 설명되는데 말초신경도 이와 유사한 기전에 의하여 손상되는 것으로 추정하고 있다. 따라서 빈크리스틴 투여로 거의 모든 환자에서 말초신경병이 나타나고 심한 경우는 이로 인해 빈크리스틴의 투여를 중단해야 하는 경우도 있다.

빈크리스틴 말초신경병의 발생 기전을 규명하고 이를 예방하기 위한 실험동물 모델의 필요성은 일찍부터 인식되어 왔으나 실험동물의 종류에 따른 빈크리스틴 독작용의 차이 및 연구 방법에 있어서의 한계점 때문에 이 방면에 대한 연구가 활발하게 진행되지 못하였다. 본 연구의 목적은 첫째 현재까지 확실하지 않은 빈크리스틴 말초신경병이 흰쥐에서 유발되는지 여부를 확인하고 그 유형 및 특징을 파악하여 사람과 유사한 말초신경병인지를 규명하며, 둘째 흰쥐 말초신경의 기능을 반복 검사할 수 있는 비침습 전기생리검사 방

법을 개발하는 것이다. 연구 방법으로는 흰쥐 56마리를 각 14마리씩 3개의 실험군과 대조군으로 나누어서, 실험군 1에는 빈크리스틴 0.2mg/kg을 주 1회, 실험군 2에는 0.2mg/kg씩 주 2회, 실험군 3은

0.4mg/kg을 주 1회씩 총 6주간 투여하여 투여량 및 투여 법에 따른 빈크리스틴 독작용의 차이를 비교하였다. 대조군에는 같은 양의 생리식염수를 6주간 투여하였다. 전기생리검사는 2주 간격으로 운동신경전도검사, 감각신경전도검사 및 체감각유발전위검사를 시행

하였으며, 4주 간격으로 말초신경과 근육의 직형태변화를 관찰하였다. 또한 회복 경과를 확인하기 위하여 투여를 중단한 다음 10주후까지 총 16주동안 관찰하였는데 이상의 연구 방법으로 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 빈크리스틴의 투여로 흰쥐에서 전기생리 및 조직형태검사상 말초신경병이 발생함을 확인하였다.

2. 빈크리스틴에 의한 흰쥐 말초신경병은 전기생리검사상 감각운동성으로서 사람의 빈크리스틴 말초신경병과 유사하였다.

3. 운동신경 전달속도 및 감각신경 전달속도는 빈크리스틴 투여 2∼4주후부터 통계적으로 유의하게 지연되었는데, 투약 중지후 서서히 회복되는 경향이 있지만 10주후까지도 정상으로는 되지 않았다. 진폭의 변화는 개체별 변이가 심하여 그 의의를 판정하기 어려웠으며 체감각유발전위검사에서는 유의한 변화가 관찰되지 않았다.

4. 조직형태 관찰 결과 빈크리스틴에 의한 흰쥐 초신경병의 병인은 주로 축삭내 미소관의 손상을 포함한 축삭의 변성이었으며 전기생리 변화에 부합된 소견을 보였다.

5. 빈크리스틴의 투여량과 말초신경 손상의 정도는 비례하는 경향이었지만, 0.4mg/kg/주 투여시에는 실험도중 사망하는 경우가 많아서, 0.2mg/kg/주의 투여가 말초신경병의 추적 관찰에 적합하였다.

6. 근육생검상 경도 근육병 소견이 관찰되었으나 말초신경병에 의한 이차적인 근육의 변화는 관찰되지 않았다.

이상의 연구 결과는 사람에서 나타나는 빈크리스틴 말초신경병의 동물실험 모델로 흰쥐를 활용할 수 있는 이론적 근거로 생각되며, 반복검사가 가능한 비침습 전기생리검사로 실험동물의 희생 없이 말초신경병의 경과를 추적 관찰할 수 있기 때문에, 앞으로 이 방면

의 연구에 크게 도움이 될 것으로 생각한다.

[영문]

Vincristine has been extensively used in chemotherapy to treat leukemia, lymphoma, and a variety of solid tumors. The relative lack of myelosuppression when used in conventional dosage has been a desirable feature for its inclusion in combination chemotherapy. The major antitumor effect has been known to be associated with its high affinity binding to the basic protein subunit of microtubule, tubulin, which causes disruption of the mitotic spindle apparatus and arrest of cells in metaphase. The principal side effect that has commonly limited the use of this agent is peripheral sensori-motor neuropathy, a feature probably

related to the disruption of microtubules in neural tissues.

There has been a need for animal experimental models to study the peripheral neuropathy induced by vincristine. However, it was not easy to develop an adequate model due to reported interspecies difference of susceptibility to vincristine. In

addition, electrophysiologic test methods to confirm peripheral neuropathy in small experimental animals have not been properly addressed. The purpose of this experiment is to find out whether rat can be used as an animal experimental model of vincristine neuropathy. The author also incorporated serial noninvasive

electrophysiologic tests, in attempt to correlate morphologic alterations induced by vincristine and functional status of peripheral nerve and muscle.

Experiment Group 1 of 14 rats were given 0.2mg/kg vincristine sulfate once a week, Group 2 of 14 rats were given same dose twice a week and Group 3 of 14 rats were given 0.4mg/kg intravenously, through tail veins for 6 weeks, to delineate the

possible different effects from dosage and frequency of injections. The 14 rats for control were given only normal saline with the same methods.

The electrophysiologic tests including motor nerve conduction study, sensory nerve conduction study and cervical somatosensory evoked potential were performed 2 weeks interval. The morphologic examinations of tibial nerves using light microscope and electron microscope were done 4 weeks interval up to 16 weeks. The H&E, modified Gomori trichrome and histochemical stains(ATPase, NADH) of the soleus muscles were also performed.

In this experiment the following results were drawn;

1. Vincristine induced peripheral neuropathy was successfully established in rat. This was confirmed not only by morphologic measurements but also by noninvasive serial electrophysiologic examinations of peripheral nerves.

2. The vincristine neuropathy in rats was sensori-motor type similar to those in human.

3. The motor and sensory conduction velocity of tibial nerves in rats fell significantly after 2∼4 weeks in the vincristine injected groups. A tendency of recovery was noted, but the conduction velocity failed to return to normal level up to 16 weeks follow up study. However, the amplitude of compound muscle action potentials as well as compound nerve action potentials showed a great deal of fluctuation during the genesis of neuropathy. Therefore, these electrophysiologic parameters were not optimal predictors in assessment of functional integrity of

given nerves with the electrophysiologic test methods used in this experiment.

4. Morphologic examinations revealed that vincristine neuropathy in rats are clearly those of axonal degeneration, compatible to the findings of electrophysiologic examination.

5. The higher dose of vincristine induced the more damage to the peripheral nerves but it also resulted in high mortality rate. Administration of 0.2mg/kg/week would be adequate in generation of experimental neuropathy.

6. The examinations of soleus muscles showed some evidence of mild degree of myopathy but it was felt to be direct toxic effect, rather than secondary changes due to the neuropathy.

In conclusion, this study indicates that rat model of vincristine induced peripheral neuropathy faithfully provides the theoretical grounds for further investigations of human vincristine neuropathy. Noninvasive electrophysiologic tests which allow an easy access to evaluation without sacrificing the animals, as demonstrated in this study in conjunction with morphologic analysis, will be of great value particulary in evaluation of the temporal profile of the neuropathy.