일과성 전뇌허혈로 유도된 신경세포 손상에서 Melatonin의 Matrix Metalloproteinase 활성 억제에 의한 보호효과

Abstract

Melatonin은 뇌내 송과선에서 생리적으로 분비되는 호르몬으로 강력한 항산화제 효능에 대해 널리 연구되어 왔다. 또한 여러 조직의 손상 특히 신경손상에 대해 보호작용이 알려져 왔고, 이러한 작용이 뇌허혈손상에도 효과적으로 작용할 것으로 예상한다. 따라서, 동물을 이용한 허혈모델에서 허혈성 신경세포손상에 대해 melatonin 투여가 과연 보호작용을 나타내는지 알아보고, 또한 허혈성 신경손상에 핵심적 역할을 하는 것으로 알려진 세포외 기질 단백 분해효소인 matrix metalloproteinase(MMP) 효소작용에 melatonin이 어떠한 영향을 미치는 알아보고자 하였다. 본 연구에서 웅성 C57BL/6 마우스를 사용하여 isoflurane 마취하에 양측 총경동맥을 폐쇄하여 20분간 전뇌허혈을 유발하였다. 저체온에 의한 영향을 배제하기 위해 feedback thermoregulator를 이용해 체온을 36.5 - 37.5℃로 일정하게 유지했다. 허혈 유발 72시간 후 실험을 위해 마우스를 희생시켰다. Melatonin(30 mg/kg)을 5% 에탄올에 녹여 수술 30분 그리고 수술 후 2시간 경과하여 복강내 주사하였으며 희생시킬 때까지 매일 1회 주사하였다. 대조군에는 약물과 동일한 양을 동일한 조건으로 투여하였다. Sham 수술군은 모든 조건을 동일하게 가하였으며 양측 총경동맥 폐쇄만을 하지 않았다. 뇌조직 절편을 만든 후 전뇌허혈에 의한 신경세포 손상 및 세포자멸사 관련 과정에 대한 melatonin의 영향을 관찰하였다. MMP-2 및 MMP-9의 활성을 알아보기 위해 gelatin gel zymography 및 in situ zymography를 실시하였다. 신경세포손상은 허혈에 의해 해마 CA1 및 CA2 부위에서 현저하였고 melatonin 투여에 의해 대조 허혈군에 비해서 유의하게 줄었다. Sham 수술군에 비하여 전뇌허혈에 의해 gelatinase, 특히 MMP-9의 효소활성이 증가되었고, melatonin 투여에 의해 유의하게 감소하였다. Melatonin은 허혈에 의해 유발된 해마신경세포의 in situ DNA fragmentation(TUNEL)을 억제하였으며, 허혈에 의한 해마부위의 laminin 파괴 및 NeuN 양성 신경세포의 손상을 억제하였다. 이들 결과로 미루어 보아 melatonin은 전뇌허혈에 의한 신경세포손상을 억제하며 이는 gelatinase 특히 MMP-9의 활성을 억제하는 작용이 어느 정도 관여되었을 것으로 사료된다.

Melatonin is a naturally occurring compound found in living things including plants, and animals. Melatonin is known to possess many biological functions such as antioxidant, antiaging, anticancer, and immunological effects. Several studies have revealed that melatonin possesses neuroprotective effects against brain ischemia. In case of global brain ischemia, there are few reports regarding the protective effect of melatonin. Therefore, the influence of melatonin on neuronal damage after transient 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 hr after ischemic insult. Melatonin (30 mg/kg) was administered intraperitoneally 30 min before and 2 hr after ischemia and once daily until sacrifice. The effect of melatonin on neuronal damage, MMP activity, and terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end-labeling (TUNEL) assay in the hippocampus after global ischemia were examined. Neuronal damages were remarkable in CA1 and CA2 pyramidal cell layers. In melatonin-treated mice, neuronal damage was significantly reduced compared with vehicle-treated mice. Mice treated with melatonin showed reduced MMP-9 activity. Melatonin also inhibited TUNEL staining. These data demonstrate that melatonin reduces hippocampal neuronal damage following transient global ischemia, as a result of reducing MMP-9 activity.