뇌졸중 (stroke) 을 야기하는 허혈◦저산소증에 의한 뇌신경세포 손상기전은 신경과학자 및 임상의에게 매우 중요한 관심사이다. 일반적으로 신경세포는 무산소에 가장 민감한 (anoxia-sensitive) 세포이다. 저산소증에서 황금에 의하여 HO의 표현이 된다면 이는 신경세포사를 방지하는데 도움이 될 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 배양한 흰쥐 대뇌신경세포의 저산소증 모델에서 면역세포화학염색(Immunocytochemistry, IC) 기법과 in situ hybridization (ISH) 기법으로 항산화 스트레스효소인 HO-1의 발현을 mRNA 및 단백질 수준에서 관찰한 바, HO-1이 신경세포 및 별아교세포에서 유의하게 표현이 증가되었다.
<h1>서 론</h1> <p>뇌졸중 (stroke) 을 야기하는 허혈◦저산소증에 의한 뇌신경세포 손상기전은 신경과학자 및 임상의에게 매우 중요한 관심사이다. 일반적으로 신경세포는 무산소에 가장 민감한 (anoxia-sensitive) 세포이다. 뇌로 공급되는 산소가 심각한 수준으로 저하되면 신경세포는 5분 이내에 ATP의 \( 90 \% \)가 저하되며, 이는 세포막의 탈분극 (depolarization) 및 \( \mathrm{Ca}^{2+} \)의 세포내 유입, glutamate의 세포 외 유출, mi-tochondria의 막전위 저하 및 활성산소 (reactive oxygen species, ROS) 생성 과잉 등을 야기해 세포괴사와 세포자연사를 유발하게 된다.</p> <p>그러나 신경세포가 저산소증에 대해 전혀 방어능력이 없는 것은 아니다. 동물세포는 세포내 산소압의 변화에 반응할 수 있는 유전자 프로그램을 갖고 있어, 몸에 공급되는 산소가 부족하면 산화적 스트레스에 대응하기 위해 항산화 스트레스 유전자들의 발현을 증가시키며, 적혈구 생성 (erythropoiesis)과 혈관신생 (angiogenesis)이 촉진된다. 또한 줄어든 ATP 생성을 만회하기 위하여 해당 (glycolysis)과 포도당 수송 (glucose transport)에 관여하는 유전자 발현을 증가시켜 포도당 이용 속도를 증가시킨다. 신경세포에는 다수의 산소감지자(\( \mathrm{O}_{2} \) sensor)가 있는데 이 가운데 산소에 민감한 \( \mathrm{Na}^{+} \)이온통로와 \( \mathrm{K}^{+} \)이온통로, nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) 등은 직접 \( \mathrm{O}_{2} \)와 접촉하여 신경세포의 흥분성을 조절하게 된다. 결국 신경세표는 산소공급이 저하되면 신경세포막을 통해 이온들의 이동을 조절하고, 에너지 생산 저하에 따른 에너지 소모를 줄이며, hypoxia-inducible. factor (HIF)-1과 nuclear factor kappa B(NFкB) 등의 전사인자(transcription factor)를 활성화시켜 특정 유전자들의 발현을 유도한다. HIF-1 은 저산소증에서 활성화되어 저하된 산소에 적응하는데 필요한 vascular endothelial growth factor (VEGF), erythropoietin (EPO), 해당효소 (glycolytic enzymes), 포도당 수송단백질(glucose transporters), 세포주기조절단백질(cell cycle regulators), transferrin, heme oxygenase-1 (HO-1), 그리고 inducible nitric oxidative synthase (iNOS) 등의 표현을 유도한다.</p> <p>HO-1은 Hsp32로도 알려진 세포보호단백질로서 저산소증 및 허혈에서 활성화되며, 저산소/허혈, 대뇌경색(cerebral infarction) 그리고 외상성뇌손상 (traumatic brain injury)에서 표현이 증가된다. 그리고 허혈에서 HO-1과 다른 heat shock protain (HSP) 단백질들이 신경세포 및 신경교세포에서 빠른 속도로 표현증가가 일어남이 보고되었다. 반면에 HO-2는 constitutive form으로서 증가하지 않는다. Heme oxygenase는 cytochrome pathway를 통하여 철분대사(iron metabolism)에 기능을 한다. HO는 heme을 biliverdin, carbon monoxide (CO) 및 iron으로 분해하는데, CO는 강력한 혈관확장제이며, biliverdin과 그 산물인 bilirubin은 강력한 항산화제이다. 따라서 저산소증에서 HO의 증가는 신경세포의 보호에 도움을 줄 것으로 해석된다.</p> <p>황금은 성한, 미고, 무독한 약물로 양심거열, 사폐화, 소담이기하여 장열번갈, 습열사리, 한열왕래, 풍열두통을 치료하며, 중풍 치료에 사용되는 대시호탕, 황련해독탕, 우황 청심원 등은 이러한 황금의 효능을 잘 나타내는 처방이다. 황금의 뇌허혈과 관련된 실험적 연구로는 이 등의 흰쥐 전뇌허혈 모델에서의 신경방어효과, 김 등의 저산소증 모델에서 대뇌신경세포 자연사 방지 및 치료 효과, 김 등의 저산소증 모델의 microarray 결과 catalase, HO 등의 증가 보고, 윤 등의 저산소증 모델에서 ROS 생산 저하 및 mitochondria 막전위 유지 등이 있다.</p> <p>저산소증에서 황금에 의하여 HO의 표현이 된다면 이는 신경세포사를 방지하는데 도움이 될 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 배양한 흰쥐 대뇌신경세포의 저산소증 모델에서 면역세포화학염색(Immunocytochemistry, IC) 기법과 in situ hybridization (ISH) 기법으로 항산화 스트레스효소인 HO-1의 발현을 mRNA 및 단백질 수준에서 관찰한 바, HO-1이 신경세포 및 별아교세포에서 유의하게 표현이 증가되었다.</p>