마우스 뇌허혈 모델에서 N-Acetylcysteine의 Matrix Metalloproteinase 활성 억제를 통한 뇌허혈 손상에 대한 보호기전

Abstract

N-acetylcystein(NAC)은 오랜 기간 동안 임상분야에서 사용되어 왔는데 주로 거담제로 또한 여러 질환에 대한 치료제로 사용되어 왔다. NAC은 간보호작용이 보고되었고, 정신과 영역의 질병치유에 각광을 받고 있으며, 강력한 항산화제로 주목 받고 있다. 또한 NAC의 신경보호작용 기전들이 전뇌허혈 시의 신경세포손상에 대해 보호작용을 나타낼 수 있음을 바탕으로 하여, NAC 투여가 마우스를 이용한 허혈성 신경세포손상에 대해 어떠한 작용을 하는지 관찰하고, 또한 허혈성 신경손상에 중요한 작용을 하는 것으로 알려진 matrix metalloproteinase(MMP) 효소 활성에 어떠한 작용을 하는지 알아보고자 하였다. 이 연구에는 웅성 C57BL/6 마우스를 사용하여 전신마취 하에 양측 총경동맥을 폐쇄하여 20 분간 전뇌허혈을 유발하였다. 허혈 유발 72 시간 후 실험을 위해 마우스를 희생시켰다. NAC(150 mg/kg)을 생리 식염수에 녹여 수술 30 분 전에 복강내 주사하였으며 희생시킬 때까지 매일 1회 주사하였다. 대조군에는 생리 식염수를 약물과 동일한 양을 동일한 조건으로 투여하였다. 뇌조직 또는 뇌절편을 만든 후 전뇌허혈에 대한 NAC의 영향을 관찰하였다. MMP-2 및 MMP-9의 활성을 관찰하기 위해 gelatin gel zymography 및 in situ zymography를 실시하였다. 신경세포손상은 해마 CA1 및 CA2 영역에서 현저하였고, NAC에 의해 유의하게 감소하였다. 전뇌허혈에 의해 해마의 gelatinase 활성이 대조군에 비해 증가하였으며, NAC에 의해 활성이 유의하게 감소하였다. Laminin과 NeuN 발현을 관찰한 면역형광법에 있어서 NAC은 허혈에 의한 laminin 및 NeuN의 발현 감소를 억제하였다. 또한 NAC은 허혈에 의한 해마신경세포의 in situ DNA fragmentation(TUNEL)을 억제하였다. 결론적으로 NAC은 전뇌허혈에 의한 신경세포손상을 억제하며, 이는 gelatinase 특히 MMP-9의 활성을 억제하는 작용이 일부 관여되었을 것으로 사료된다.

NAC is known to have many biological effects including antioxidant and antiinflammatory effects. Previous reports have revealed that NAC possesses neuroprotective effects against brain ischemia. In global brain ischemia, there are few reports regarding the protective effect of NAC. Therefore, the influence of NAC on neuronal damage after global brain ischemia remains to be clarified. In the current study, mice were subjected to 20 min transient global brain ischemia. The mice were killed 72 h after ischemic insult for experiments. NAC (150 mg/kg) was administered intraperitoneally 30 min before ischemic insult. The effect of NAC on neuronal damage, matrix metalloproteinase (MMP) activity, immunofluorescence, and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end-labeling (TUNEL) assay in the hippocampus after global ischemia were examined. Neuronal damages were mainly observed in CA1 and CA2 areas in this study. In NAC-treated mice, neuronal damage was significantly reduced compared with vehicle-treated mice. NAC also inhibited MMP-9 activity increase induced by global brain ischemia. NAC increased laminin and NeuN expression in hippocampus compared to vehicle treated mice. NAC also inhibited TUNEL-positive cells in hippocampus. These results suggest that NAC is partially able to reduce hippocampal neuronal damage following transient global ischemia, as a result of reducing MMP-9 activity.