랫드의 실험적 수두중에서 전뇌 콜린성 신경세포와 뇌간 세포토닌성 신경세포의 변화

Abstract

[한글]

수두증(hydrocephalus)은 소아에서 기억력 저하와 학습 장애 등 인지기능의 장애를 초래하는 경우가 많고, 성인에서 발생하는 정상압 수두증(normal pressure hydrocephalus)도 치매 등 기억력 저하가 중요한 임상적 증세 중 하나이다. 그러나 수두증에서 나타나는 지능의 저하 특히 기억 및 학습 장애의 병리 기전에 대해서 아직 밝혀져 있지 않다. 신경전달물질은 뇌의 기능을 조절해 주는 역할에서 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 신경전달물질 중 기억 및 학습과정에 중요한 콜린성 신경계와 세로토닌성 신경계가 수두증의 경과에 따라서 어떻게 변화하는지를 관찰하고자 하였다.

본 연구는 랫드(Wistar rat)를 대상으로 kaolin을 이용한 실험적 수두증을 유발시키고 1주, 3주 및 5주 경과한 후 쥐를 희생시키고 뇌를 적출 하였다. 콜린성 신경세포에 존재하는 효소인 choline acetyltransferase (ChAT)와 세로토닌성 신경세포의 전달물질인 5-hydroxytryptamine (5-HT)에 대한 면역조직화학 염색을 하여 medial septal nucleus 및 nucleus of diagonal band, nucleus basalis, 뇌간의 세 부위로 나누어서 세포들의 형태학적인 변화를 관찰하고 신경세포의 수를 측정하였다.

뇌실의 크기는 수두증 유발 1주 후부터 증가하였다. 전뇌(forebrain)의 medial septal nucleus와 nucleus of diagonal band에서 콜린성 신경세포는 뇌실의 확장과 반비례하여 숫자가 감소하였으며 이는 수두증 유발 1주 후부터 관찰되었다 이러한 콜린성 신경세포와 감소는 수두증의 지속기간 및 뇌실의 확장 정도와 상관관계가 있었다. 반면에 세로토닌성 신경세포는 뇌간의 dorsal raphe nucleus에서 수두증 유발 3주 후부터 숫자가 감소하였고 medial raphe nucleus에서는 수두증 5주 후부터 유의하게 감소하여 콜린성 신경세포가 세로토닌성 신경세포보다 수두증에 의한 뇌실 확장에 더욱 민감하게 반응하였다.

이러한 연구결과로 수두증에서 콜린성 및 세로토닌성 신경세포는 해부학적 부위별로 수두증의 지속 기간 및 뇌실의 확장정도에 따라서 선택적으로 손상이 증가되며, 이러한 결과 나타나는 신경전달물질의 결핍이 기억 및 학습 등의 인지기능에 장애를 초래 할 수 있

다고 생각된다. 앞으로 수두증에서 여러가지 신경전달물질의 변화와 상호작용에 대한 연구가 계속 되어야 할 것이며, 이에 관련된 연구는 수두증의 후유증에 대한 약물치료, 유전자치료, 신경세포의 이식 등 새로운 치료법 개발에 기초자료를 제공할 것으로 생각된다.

[영문]

Some children with hydrocephalus show the cognitive deficits, such as low IQ with memory and learning impairments even successful treatment, and dementia with memory impairment is one of the predominant symptoms of normal pressure hydrocephalus in adults. The pathogenesis of cognitive deficits in hydrocephalus remains incompletely understood yet. The cholinergic and serotonergic system are important neurotransmitters in the function of memory and learning. The aim of this research is to investigate the progressive morphological changes of cholinergic and serotonergic neurons in experimental hydrocephalus.

Hydrocephalus was induced in adult male Wistar rats by intra-cisternal injection of kaolin. Immunohistochemical staining for choline acetyltransferase (ChAT), serotonin (5-hydroxy-tryptamine; 5HT) were performed at 1, 3, 5 weeks after induction of hydrocephalus. The changes of morphology and numbers of these neurons were investigated in the medial septal nucleus and the nucleus of diagonal band, the nucleus basalis, and the brain stem.

The ventricles of rats started to dilatate at 1 week after kaolin injection. The number of ChAT-immunoreactive neurons (cholinergic neurons) was progressively reduced in the medial septal nucleus and the nucleus of diagonal band since 1 week

after kaolin injection. And the loss of cholinergic neurons was correlated with the duration and degree of ventricular dilatation. The number of 5HT-immunoreactive neurons (serotonergic neurons) was reduced in the dorsal raphe nucleus at 3 weeks and 5 weeks but it was reduced in the median raphe nucleus at 5 weeks only. The results suggested the selective vulnerability of cholinergic neurons in the medial septal nucleus and nucleus of diagonal band to ventricular dilatation of hydrocephalus.

In conclusion, the cholinergic and serotonergic neurons were selectively injured corresponding to the duration of hydrocephalus. As a results of injury, the depletion of these neurotransmitters might explain the irreversible recovery of

cognitive function in hydrocephalus. Further study for the mechanism of interaction of several neurotransmitters in hydrocephalus is necessary to afford fundamental basis for the development of new treatment modalities, such as new drugs, gene

therapy, and neuronal transplantation to prevent the sequale of hydrocephalus.