허혈 및 재관류에 의한 뇌세포 손상과 Heat Shock Protein 70과의 상관관계

Abstract

[한글]

뇌에 허혈이 발생하면 허혈 및 재관류에 의해 생성된 유리산소기에 의해 뇌조직의 손상이 초래된다고 알려져 있다. 한편 생체는 활성산소 이외에도 여러 형태의 스트레스에 처했을 때 이에 대응하여 적응 반응을 나타낸다고 알려져 있다. 이러한 적응 반응에는 여러 세포내의 반응유전자들이 관여하고 있으나 그중 heat shock protein 70(hsp70)발현이 세포방어 기전중 일부분을 담당하고 있다고 알려져 있다. 따라서 모래쥐에서 양측 총경동맥을 결찰한후 풀어줌으로써 실험적 허혈 및 재관류를 유도하여 전두피질과 해마에서 활성산소류에 의한 손상을 반영하는 생화학적 지표들을 비교 검토하고 치사량에 해당하는 허혈과 재관류 손상을 재유도하여 hsp70의 발현과 뇌손상 정도를 비교하고자 하였다. 산화적 스트레스의 지표를 동정하기 위해서 산화성 글루타치온을 HPLC로 측정하였다. 10분간의 허혈 후 재관류 시켰을 때 산화적 스트레스의 지표(GSSG/총GSH)는 해마에서 30분경에 가장 증가하였고 전두피질에서 의의있는 증가가 관찰되지 않았다. 10분간의 허혈 후 재관류 시켰을 때 지질과산화물의 형성은 전두피질과 해마 모두에서 재관류 15분경에 최고치를 나타내었고, 해마에서 손상의 정도가 더 심했다. Western blot상 2분간의 허혈로도 hsp70의 발현을 관찰할 수 있었고 시간별로는 전두피질의 경우, 허혈 후 재관류 8시간에서 24시간에 발현되는 양이 가장 많고 이후 감소하는 경향이 나타난 반면 해마에서는 hsp70의 발현이 미약하고 시간대에 따른 차이가 없었다. Northern blot상 hsp70 mRNA의 발현은

전두피질의 경우 재관류 8시간에 가장 많은 것으로 나타났고, 해마에서는 발현이 미약하고 시간대에 따른 차이가 명확하지 않았다. 2분간의 허혈로 hsp70을 유도시킨 후 10분간의 허혈과 20분간의 재관류 손상을 주었을 때 전두피질에서만 sham 대조군에 비해 지질과

산화물 형성과 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine형성의 유의할만한 감소가 확인되었다.

이상의 결과들로 미루어 볼 때 해마가 전두피질에 비해 허혈/재관류 손상에 취약한 것으로 생각된다. 또한 약한 허혈로 유도된 hsp70의 발현이 치명적인 허혈/재관류 손상에 대한 세포의 방어기전과 연관되어 있는 것으로 사료된다.

[영문]

It has been proposed that ischemia/reperfusion injury is linked to the generation of free radicals and there is evidence suggesting oxygen free radicals are important toxic species in ischemia/reperfusion mediated damage.

For a number of years, many experiments have demonstrated that induction of hsp70, after sublethal ischemia is related to protection against the neuronal damage following subsequent ischemia.

In this study, oxidative cell damage was quantitated in hippocampus and cortex by producing experimental ischemia/reperfusion to the brains of Mongorian gerbil by bilateral occlusion and subsequent release of common carotid arteries. To monitor the oxidative stress, the glutathione(GSH) and oxidized glutathione(GSSG) were measured by high performance liquid chromatography. The amount of GSSG/total GSH increased significantly in hippocampus after 30 min of reperfusion that followed 10 min ischemia, however in cortex, the increase was not significant. The amount of lipid peroxides(LPO) increased significantly in both cortex and hippocampus after 15 min of reperfusion that followed 10 min ischemia. And also hippocampus revealed more degree of damage and delayed recovery than the sham control. Following a very brief ischemia of 2 min showed increased synthesis of a 70-kilodalton stress protein(hsp 70) identified by Western blot. Expression of the hsp70 reached a maximum at 8∼24 hour recirculation and to then decreased to the control levels. But demonstrating hsp70 in hippocampus was less detectable than cortex and time course of changes was not significant following 2 min of ischemia. In cortex, synthesis of a hsp70 reached maximum at 8 hour of recirculation but it was less detectable in hippocampus and also time course of chanties was not significant. Oxidative cell damage and the oxidative DNA damage product, were measured by quantitating LPO and 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine(oh**8 dG),respectively. Induction of hsp70 synthesis with 2 min of ischemic pretreatment reduced LPO and oh**8 dG significantly upon subsequent 10 min challenge. These results demonstrate that cells in hippocampus are intrinsically more vulnerable to ischemia/reperfusion associated oxidative stress than those in cortex. Very brief ischemia induces heat shock protein and presumably thereby renders neurons more tolerant to subsequent ischemic stress.