백서 경동맥 재협착 모델에서 Dominant Negative Insulin-like Growth Factor 1 Receptor를 이용한 유전자 치료

Abstract

[한글]

관동맥 질환의 치료에 혈관 성형술이 널리 이용되고 있으나 30-40%의 재협착율이 중요한 임상적 문제로 남아 있다. 이런 재협착은 일종의 상처 치유 과정에서 중막의 혈관 평활근 세포가 내막으로 이동하여 증식함으로서 발생된다. 이 과정에는 다양한 성장 인자와 cytokine이 관계하는 것으로 알려져 있고, 유사한 발생 기전을 가진 동맥경화의 진행에 성장 인자인 IGF-1 (insulin-like growth factor 1)이 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. IGF-1과 IGF-1R의 발현이 재협착 경동맥에서 증가되어 있고, 또한 IGF-1 유전자를 과발현 시킨 transgenic mice에서 혈관 평활근 세포 증식이 발생되었으며, IGF-1을 억제한 경우 백서 경동맥 모델에서 혈관 평활근 세포 증식 억제 등의 결과들은 IGF-1이 재협착의 주된 원인인 혈관 평활근 세포의 이동과 증식에 중요한 역할을 하고 있다는 것을 뒷받침해 주고 있다.

본 연구는 dominant negative IGF-1R (DN-IGF-1R) 유전자를 포함한 adenoviral 벡터를 이용하여 IGF-1/IGF-1R pathway 억제를 유도함으로서 혈관 평활근 세포 이동과 증식에 대한 효과를 알아보고자 하였으며, 이런 IGF-1/IGF-1R pathway 차단에 의해 혈관 손상 이후 발생하는 재협착을 감소시킬 수 있는지 알아보고자 하였다.

그 결과, DN-IGF-1R를 과발현 시킨 혈관 평활근 세포에서 세포 이동과 증식이 억제됨을 확인할 수 있었고, 이런 세포 증식 억제 효과는 과발현된 DN-IGF-1R에 의한 세포고사를 동반함을 관찰하였다. DN-IGF-1R은 IGF-1 특이적 반응 뿐 아니라 PDGF나 혈청에 의해 유도된 세포 증식도 함께 억제하였다. DN-IGF-1R 과발현에 의한 세포 증식 억제 효과는 혈관 평활근 세포의 PI3kinase 경로와 MAP kinase 경로를 억제하고 세포 생존에 중요한 역할을 하는 HSP70 단백질 발현을 억제함으로서 유도됨을 확인하였다. 또한 백서 경동맥 손상 모델에서 DN-IGF-1R 유전자 과발현이 혈관 내막의 증식을 효과적으로 억제함을 확인하였다.

본 연구에서는 백서 경동맥 모델에서 DN-IGF-1R 과발현이 혈관 성형술 이후 발생하는 재협착을 억제할 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 DN-IGF-1R 유전자 과발현을 이용한 유전자 치료가 혈관 재협착의 예방 및 치료에 응용될 수 있음을 시사한다.

[영문]Vascular smooth muscle cell (VSMC) migration and proliferation are the key events occur in neointima responding to vascular injuries. Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) has been implicated in this process. Therefore, inhibition of IGF-1 signaling pathway through the by disabling IGF-1 receptor (IGF-1R) could be a potent therapeutic strategy to treat restenosis. In the present study, we have examined the effect of a dominant negative IGF-1R expressed in primary rat VSMCs in vitro and injured rat carotid artery in vivo.

Rat VSMCs were infected with adenoviral vectors containing a dominant negative IGF-1R cDNA (Ad/IGF-1Rt) under the control of cytomegalovirus (CMV) promoter. An adenoviral vector carrying β-galactosidase was used as a control. Ad/IGF-1Rt infection inhibited VSMC migration and proliferation, and also induced apoptosis by inhibiting Akt and Erk phosphorylation in vitro. Consistent with antiproliferative and apoptotic effects observed in vitro, Ad/IGF-1Rt infection markedly reduced neointima formation in injured rat carotid arteries. PCNA expression, a frequently used proliferation index, was decreased whereas TUNEL postive signal was increased. These results indicate that a dominant negative IGF-1R mutant has a potential to induce apoptosis of VSMCs and reduce neointimal formation of injured rat carotid arteries. Delivery of dominant negative IGF-1Rs to the site of angioplasty may provide a useful strategy for inhibiting restenosis.