쥐의 실험적 국소 뇌허혈에서 Matrix metalloproteinase의 시간적 변화 및 세포 발현

Abstract

[한글]

뇌졸중은 크게 출혈성 뇌졸중과 허혈성 뇌졸중으로 분류할 수 있다. 허혈성 뇌졸중은 실험적으로 중대뇌동맥을 폐색하여 유도할 수 있다. 뇌가 손상되게 되면 뇌혈관 기저막은 다양한 세포를 분해할 수 있는 matrix metalloproteinases (MMPs)와 같은 단백 분해 효소에 의해 분해된다. MMPs는 급성과 만성적인 퇴행성 중추신경계 질환의 병인에 관여하는 것으로 알려져 있고, 특히 MMP-9과 MMP-2는 기저막의 주성분인 type IV collagen이나 laminin을 분해할 수 있어서 국소 뇌허혈 후의 신경 손상에도 중요한 역할을 할 것이다. 최근 보고에 의하면 설치류 및 원숭이나 사람에서 뇌경색 후 뇌조직에서 MMPs 활성이 증가한다고 보고되었으나, 그 증가 시점에 대해서는 연구자들마다 다르게 보고하고 있다. 이에 본 연구는 쥐를 이용한 뇌경색 모델에서 MMP-9과 MMP-2의 시간에 따른 변화와 발현을 알아보고자 하였다. 또한 Zymography를 통해 MMPs 활성의 변화를 알아보고, 뇌경색의 크기와 단위면적당 MMPs 활성과의 상관관계를 밝히는 동시에 면역조직화학염색으로 조직에서의 변화도 알아보고자 하였다.

실험동물은 자발성 고혈압 쥐를 이용하였고, 대조군과 2시간 동안 중대뇌동맥을 폐색한 후 재관류 후 0시간, 3시간, 18시간, 6일에 동물을 희생하는 4개의 실험군으로 시행하였다. 각 수술을 마친 동물은 신경학적 장애 검사를 하였다. 적출한 뇌는 뇌경색의 크기를 알기 위해 2, 3, 5-triphenyltetrazolium chloride (TTC)염색을 하였고, MMP-9과 MMP-2의 활성도를 알기 위해 gelatin zymography법으로 측정하였으며, 조직에서의 직접적인 변화를 보기 위해 면역조직화학검사를 하였다.

신경학적 장애는 대조군에 비해 뚜렷한 장애가 있었고, 뇌경색의 크기도 대조군과는 차이가 있었지만, 각 군간에는 통계적 의미가 없어 일정하게 모델이 만들어졌음을 알 수 있었다. 허혈 대뇌 반구에서의 MMP-9은 재관류 0시간부터 증가하기 시작하였고 MMP-2는 별다른 변화가 없다가 6일에서 증가 양상을 보였다. 또한 뇌경색의 크기와 MMP의 활성도는 MMP-9은 뚜렷한 양의 상관관계를 보였으나, MMP-2는 통계적으로 유의한 상관관계는 보이지 않았다. 면역 조직화학 검사 결과는 zymography와 유사한 양상을 보였다. 이상에서 뇌허혈시 생화학적 및 병리학적 변화가 시기에 따라 다르게 나타난다는 점을 고려할 때, MMP-9과 MMP-2가 서로 다른 여러 가지 역할을 할 가능성이 있음을 생각할 수 있었다.

[영문]Brain injury after focal stroke is primarily a result of the decrease in blood flow and of energy depletion after occlusion of a cerebral blood vessel. The neuronal tissue becomes infarcted as a result of these events, with contributions from excitotoxicity, enzyme activation, edema, and inflammation. Matrix metalloproteinases (MMPs) can degrade a wide range of extracellular matrix components. In brain injured, basal lamina is degradated by MMP-9 and MMP-2. Although MMP-9 and MMP-2 were reported to increase in cerebral ischemia, their temporal patterns of the increase are uncertain. By using gelatin zymography, we investigated the activity MMP-9 and MMP-2 after variable time of reperfusion following 2 hours of middle cerebral artery occlusion (MCAO). We compared the MMP activities with the size of infarctions.

Spontaneous hypertensive rats (SHRs) were subjected to 2 hour of middle cerebral artery occlusion (MCAO) and variable time of reperfusion. Two mm-thick coronal slices were stained with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution to define the area of ischemic damage. we investigated the activity of MMP-9 and MMP-2 in 10 mm frozen sections of ischemic and non-ischemic hemisphere by using gelatin zymography and the expression of MMP-9 and MMP-2 in the brain injured tissue by using immunohistochemistry.

The infarcted zone could be visualized well by TTC staining after 3 hours of reperfusion. MMP-9 was increased as early as 2 hour of MCAO while MMP-2 was increased at 6 days of reperfusion following MCAO. The MMP-9 activity was correlated with the size of infarction. Most immunoreactivity of the MMP-9 was observed in the microvessels of the ischemic area. In conclusion, MMP-9 was increased early after MCAO in the ischemic area while the increase of MMP-2 was delayed. These findings suggest that MMP-9 may play a role in ischemic injury from very early after cerebral ischemia by degradation of basal lamina.