뇌신경세포의 생존은 지속적인 영양과 산소 공급에 의존하며, 특히 산소는 미토콘드리아의 산화적 인산화에서 중요한 역할을 수행한다. 반하는 다양한 질병 치료에 활용되는 약재로, 신온한 성질을 지니며 중풍 급성기 처방에도 쓰인다. 이 연구에서는 흰쥐의 대뇌신경세포에 저산소증을 유발한 후 반하를 전처리하고, 그 결과로 신경세포사 억제 효과를 확인하였다. 이 과정에서 생성되는 ROS의 양 변화와 미토콘드리아 막전위에 대한 영향을 살펴보았다.
<h1>서 론</h1><p>뇌신경세포는 세포 생존을 위하여 혈액 순환에 의한 지속적인 영양과 산소의 공급을 필요로 한다. 임상에서 뇌신경세포는 뇌허혈 및 심정지 등으로 인한 심박출량 감소, 폐질환 및 이산화탄소 중독 등으로 인한 혈중 산소분압의 저하 등에 의해 저산소증 상태에 빠지게 된다. 일시적인 저산소 \( \cdot \) 허혈 상태는 비가역적인 신경 세포사를 유발하며 손상 중심부에서 일어나는 세포괴사(necrosis)와 손상 주변부(penumbra)에서 일어나는 세포고사(apoptosis) 기전으로 진행되며, 산화 스트레스는 이 두 기전을 유발하는 중요 원인 중 하나이다. 신경세포 사멸의 주된 원인 가운데 하나는 흥분독성(excitotoxicity)에 의해 생성되는 자유기(free radical)로 인한 산화 스트레스이다. 흔히 자유기(free radical)라 불리어지는 활성산소종(reactive oxygen species; ROS) 및 활성질소종(reactive nitrogen species; RNS)은 가장 안정한 형태의 산소인 삼중항산소 \( \left({ }^{3} \mathrm{O}_{2}\right) \)가 산화, 환원과정에서 환원되어 생성되는 일중항산소인 superoxide anion \( \left({ }^{1} \mathrm{O}_{2}^{-}\right) \)과 hydrogen peroxide\( \left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right) \), hydroxyl radical \( (\cdot \mathrm{OH}) \)을 비롯하여 내인성 \( \cdot \) 외인성 nitric oxide synthase (NOS)에 의해 만들어지는 nitric oxide\( (\cdot \mathrm{NO}) \) 및 peroxynitrite \( \left(\mathrm{ONOO}^{-}\right) \)와 같은 짝짓지 않은 상태의 자유 라디칼로서, 이들은 산화적 스트레스(oxidative stress) 및 질산화적 스트레스(nitrosative stress)로 작용하여 여러 조직에서 세포막의 변화, 효소활성의 감소, DNA 손상시켜 세포손상에 매우 중요한 인자로 작용하게 된다.</p><p>산소분자는 미토콘드리아의 에너지 생산과정인 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)에서 전자수용체로 작용하기 때문에 동물세포의 생존에 필수적이다. 따라서 일시적인 저산소 \( \cdot \) 허혈 상태에서도 신경세포는 저산소와 포도당 결핍으로 ATP 대사장애가 발생하여 허혈 손상으로 취약한 부위에 선택적으로 심한 손상이 유발된다. 이는 즉각적으로 발생하지 않고 수 시간에서 수일에 걸쳐 서서히 일어나며 이러한 세포사의 과정을 지연성 신경세포사(delayed neuronal death)라고 한다. 지연성 신경세포사의 주요한 기전의 하나가 세포고사이다. 하지만 짧은 시간이라도 심각한 산소 고갈 상태는 뇌신경세포의 세포괴사를 유발시킬 수도 있다. 미토콘드리아는 ATP의 생성 외에도 세포내 \( \mathrm{Ca}^{2+} \)의 항상성 유지와 ROS 및 RNS의 생성을 담당한다. 뇌허혈과 같은 흥분독성 상태에서는 미토콘드리아의 \( \mathrm{Ca}^{2+} \)조절에 과부하가 발생하고 ROS 및 RNS의 생성이 증가되며, 이로 인해 막투과성에 변화가 일어나 미토콘드리아의 막전위(mitochondrial membrane potential, MMP)가 소실되어 ATP를 합성할 수 없게 되며, 이는 세포괴사와 세포고사를 유발하는 중요한 원인이 된다.</p><p>반하(Pinelliae Rhizoma; PR)는 천남성과에 속하는 다년생 초본인 끼무릇의 알뿌리를 7-8월에 채집하여 외피를 제거하고 햇빛에 말린 것으로 신온한 성질을 가진다. 조습화담, 소비산결, 강역지구하는 효능이 있어, 습담옹체, 해수기역, 결흉증, 매핵기, 구토 등에 활용되고 있으며, 특히 성향정기산, 도담탕 등 중풍 급성기의 처방에 사용된다. 반하에 대한 실험적 연구로는 Oshio 등의 반하의 진토활성성분에 대한 보고는 있으나, 저산소증을 유발한 배양한 대뇌신경세포에서 반하의 세포사 방지에 대한 연구는 없었다. 이에 본 연구에서는 저산소증을 유발한 흰쥐 대뇌신경세포에 반하를 전처리한 후 신경세포사 억제 효과를 관찰하고, 생성되는 ROS 양의 변화와 미토콘드리아의 막전위에 미치는 영향을 조사하였다.</p>