일차 배양된 신경세포의 세포사멸에 미치는 Capsaicin 의 영향

Abstract

[한글]붉은 고추에서 매운 맛을 내는 성분인 capsaicin은 neurotoxic한 물질로 알려져 있으며 통증을 억제시키는 효과가 있는 것으로 밝혀져 있다. 최근까지도 capsaicin을 성장한 동물에 투여 시 말초신경에만 neurotoxic 효과를 나타낸다고 생각하였다. 성장한 동물에 capsaicin을 투여 시에 중추신경계통에 영향을 미칠 가능성에 대하여는 일부 논문에서만 언급하고 있다. 중추신경계통에서의 capsaicin의 영향을 조사하기 위해 일차 배양된 여러 중추신경원에 capsaicin을 처리하여 세포사멸과정을 형태학적으로 관찰하였고, capsaicin에 의해 유도되는 세포사멸 기전을 고찰하였다.

Capsaicin을 처리한 후 여러 부위 중 대뇌피질과 해마신경원이 형태학적으로 심한 변화를 보이며 죽었으며, capsaicin의 농도에 따라 그리고 시간이 지남에 따라 세포사멸 정도가 심하였다. Hoechst-PI 염색을 시행한 결과에서는 capsaicin을 처리한 신경세포에서 핵의 분절 현상을 관찰할 수 있었다. 이와 같은 결과는 capsaicin에 의해 유도된 세포사멸이 아폽토시스(apoptosis)과정을 거칠 수 있음을 제시해 주고 있다. 또한 이런 부위별 susceptability 차이는 capsaicin 수용체 항체를 이용한 면역화학반응 정도와 일치하였다. 또한 in vivo에서의 면역화학반응도 마찬가지로 대뇌피질과 해마 부위에서만 강한 양성반응을 보임으로서 in vitro 실험 결과와 일치하였다. Calcium channel blocker인 Nifedipine을 처리한 경우와 calcium free medium에 capsaicin을 처리한 경우 capsaicin에 의한 cell death가 감소하는 것이 관찰되므로서 capsaicin의 신경원에 대한 작용이 세포질내 증가된 calcium 이온에 의한 것임을 예상하게 하였다. Nitric oxide synthase (NOS) 활성을 이용한 조직화학염색법을 이용하여 세포를 염색한 경우, capsaicin을 처리한 신경세포가 뚜렷하게 염색되었고, capsaicin 처리 후 nitrite의 양의 증가, nitrotyrosine 면역화학적 양성반응의 증가, NOS의 억제제로 알려져 있는 agmatine을 처리 후 capsaicin에 의해 유도되는 세포사멸의 감소등은 capsaicin에 의해 세포 내로 유입된 Ca2+이 신경세포 내의 NOS를 활성화시키고 그 결과 생성되는 NO에 의해 아폽토시스 과정이 유도될 가능성을 제시할 수 있다. 또한 caspase의 활성을 증가시킴으로써 세포 내로 유입된 Ca2+이 이 효소에도 영향을 미침을 보이고 있다. 본 실험 결과를 종합해 볼 때, 이러한 capsaicin의 작용은 중추신경계 내의 부위에 따라 영향을 주는 정도가 달랐으며, 이러한 선택적인 작용은 capsaicin 수용체의 수에 기인하는 것으로 생각된다.

핵심되는 말 : capsaicin, 중추신경원, 아폽토시스, Ca2+, NOS, caspase

[영문]Capsaicin, the pungent algesic substance of the red pepper is known to be a neurotoxic substance, interrupting the pain conducting pathway. Until recently the neurotoxic effects of capsaicin to adult animals were thought to be limited to the peripheral nervous system. Several reports suggest the possibility of central nervous system changes after capsaicin administration to the adult rats. To determine the effect of capsaicin to central nervous system, we prepared morphologic changes and biochemical assay were investigated in mouse primary cultured CNS neuron. The susceptability of capsaicin differs for different brain area. Cerebral cortex and hippocampus were more sensitive, and striatum, thalamus and midbrain area were less sensitive to capsaicin susceptability. After capsaicin treatment, cortical and hippocampal neurons were died in dose-and time-dependent manner. By observation of nuclear fragmentation of capsaicin treated neuron, it is thought that the type of cell death is apoptosis rather than necrosis. The capsaicin receptor immunoreactive cells were observed in the cortex and hippocampus. It is consistent with area of damaged neuron. Capsaicin-induced cell death were attenuated when a nifedipine, calcium channel blocker, and calcium free media were applied. In case of capsaicin treated neurons, NOS activity stain was positive , the product of nitrite and anti-nitrotyrosine immunoreactivity were increased, and agmatine, which is a competitive nitric oxide synthases (NOSs) inhibitor significantly protect cortical and hippocampal neurons from capsaicin-induced apoptosis. These results indicated that capsaicin induced influx of cation ions. These results showed that capsaicin induced influx of Ca2+, followed by neuronal NOS is activated by Ca2+ and induced cell death. Also, the activity of caspase 3 was increased after capsacin treatment in the cortical and hippocampal neurons. These results demonstrate that capsaicin induced the apoptosis through acting with capsaicin receptors. Calcium influx due to capsaicin recptor activation may induce apoptosis, which is triggered the formation of peroxynitrite by activating NOS activity or is mediated by activating caspase 3 pathway.

Key Words: capsaicin, CNS neuron, apoptosis, Ca2+, NOS, caspase