혈관이완과 말초저항에 있어 Ceramide의 역할

Abstract

[한글]

Ceramide는 sphigomyelinase의 작용으로 세포막에 존재하는 sphingomyelin의 가수분해에 의해 형성되는 새로운 지질 신호전달 물질이다. Tumor necrosis factor-α (TNF-α)와 같은 cytokine은 phospholiase A2 의존형 sphingomelinase의 작용으로 세포내 ceramide의 농도를 증가시키는 것으로 알려지고 있다. 이러한 sphingomyelin 신호전달 체계는 혈관의 긴장도를 조절하는데 있어서 중요한 역할을 하는 신호전달 체계로 인식되고 있지만, 아직도 그 정확한 기전은 규명되지 않았다. 또한 안정 시 ceramide 농도가 정상혈압 쥐에서 보다 고혈압 쥐에서 감소된다는 것이 보고되었다. 따라서 본 연구는 ceramide에 의해 혈관의 긴장도가 조절되는 기전을 규명하고, ceramide의 신호전달 체계가 고혈압 동물에서 손상 받는지를 규명하고자 ceramide가 혈관 긴장도와 세포내 Ca2+ 농도에 미치는 영향을 관찰하였다.

C2-ceramide, sphingomyelinase 및 TNF-α는 내피세포가 제거된 정상혈압 쥐의 대동맥 환에서 phenylephrine으로 수축된 혈관을 이완시켰으며, 그 이완은 약물 처치 후 5～15분 이내에 유발되었다. 내피세포가 제거된 정상혈압 쥐의 대동맥 환에서 C2-ceramide에 의

한 혈관이완 정도는 내피세포의 존재 유무에 관계없이 유사하였다. 내피세포가 제거된 정상혈압 쥐의 대동맥 환에서 cyclooxygenase 통로 차단제인 indomethacin은 C2-ceramide에 의한 혈관이완에 거의 영향을 미치지 않았다. 또한 protein kinase C 억제제인 H-7과 calphostin-C 역시 C2-ceramide에 의한 혈관이완에 거의 영향을 미치지 않았다. 그러나 rho-associated kinase 억제제인 Y-27632의 전 처치는 phenylephrine에 의한 혈관수축을 억제하였을 뿐만 아니라 C2-ceramide에 의한 혈관이완 역시 현저하게 억제시켰다. 내피세포가 제거된 정상혈압 쥐의 대동맥 환에서 C2-ceramide는 phenylephrine에 의한 phasic Ca2+ ratio와 수축에는 거의 영향이 없었으나, phenylephrine에 의한 tonic Ca2+ ratio와 수축은 현저하게 감소시켰다. C2-ceramide와 sphingomyelinase에 의한 혈관이완 반응은 정상혈압 쥐와 본태성 고혈압 쥐에서 유사하였으나, TNF-α에 의한 혈관이완 반응은 정상혈압 쥐에 비해 본태성 고혈압 쥐에서 현저하게 감소하였다. 따라서 고혈압동물에서 sphingomyelinase가 감소되고 이로 인한 ceramide의 합성이 감소됨에 따라 혈관저항이 증가할 것으로 생각된다.

이상의 결과를 종합하여 볼 때 C2-ceramide에 의한 혈관이완은 C2-cermaide가 phenylephrine에 의한 rhoA 단백질의 활성화와 세포막을 통한 Ca2+ 유입을 억제하여 유발되는 것으로 생각된다. 또한 고혈압 쥐에서 neutral sphingomyelinase의 양적 감소로 인한 ceramide의 합성억제는 말초저항의 증가를 유발할 것으로 생각된다.

핵심되는 말: Ceramide, 본태성 고혈압 쥐, rhoA 단백질, 세포내 Ca2+ 농도, 장력

[영문]

Ceramide is a novel lipid second messenger generated by hydrolysis of membrane sphingomyelin by a neutral sphingomyelinase. Cytokines such as tumor necrosis factor-α (TNF-α) have been shown to increase intracellular ceramide through phospholipase A2-dependent neutral sphingomyelinase. This sphingomyelin pathway is now recognized as an important signal transduction system regulating vascular tone, but the precise mechanism has not been elucidated. It also has been reported that

basal ceramide levels were lower in cells from spontaneously hypertensive rats (SHR) compared to Wistar Kyoto rats (WKY). Studies were designed to investigate the mechanisms involved in regulation of vascular tone by ceramide and whether the ceramide pathway is impaired in SHR. Effects of ceramide on the vascular tone and intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) were measured.

In endothelium-denuded WKY rat thoracic aortic rings contracted with a phenylephrine, all of C2-ceramide, sphingomyelinase and TNF-α caused detectable relaxation occurred within 5～15 min after treatment with C2-ceramide, sphingomyelinase and TNF-α, respectively. The C2- ceramide-induced relaxation responses in endothelium-intact rings was similar to endothelium denuded rings, suggesting the mechanism to be endothelial independent.

In the presence of cyclooxygenase inhibitor, indomethacin, the vasorelaxations in response to C2-ceramide were not significantly attenuated. PKC inhibitors, H-7 and

calphostin-C, also did not have effects on C2-ceramide induced vasorelaxation.

However, Y-27632, rho-associated kinase inhibitor, significantly inhibited C2-cermaide induced vasorelaxation in phenylephrine contracted aortic rings.

Y-27632 also inhibited phenylephrine-induced contraction itself.

C2-ceramide did not have effects on phenylephrine-induced increase of peak Ca2+ ratio and tension but reduced phenylephrine-induced increase of tonic Ca2+ ratio and tension.

C2-ceramide and sphingomyelinase did not evoked significant changes of vasorelaxation between SHR and WKY. However, TNF-α evoked less vasorelaxation in SHR than in WKY. Therefore, inhibition of ceramide synthesis by reduction of sphingomyelinase in SHR might be involve the increase in vascular peripheral

resistance.

These results suggest that vasorelaxation by C2-ceramide might be originated from inhibition of phenylephrine induced activation of RhoA/Rho-associated kinase and Ca2+ influx thru membrane in endothelium-denuded WKY aorta. Furthermore, in SHR, inhibition of ceramide synthesis by reduction of sphingomyelinase might be involve the increase in vascular peripheral resistance.