Cisplatin에 의해 유도된 신장 손상시의 유전자 발현

Abstract

Cisplatin은 항암제로 널리 사용되고 있으나 신장 등에 부작용을 초래하는 것으로 알려져 있다. 그러나 그 독성의 기전은 명확히 규명되어 있지 않다. Cisplatin에 의한 신장 독성의 기전을 규명하기 위하여 흰쥐를 대조군과 cisplatin 투여군으로 나눈 후, cisplatin에 의해 손상된 신장에서 발현되는 유전자 발현 변화를 검색하기 위하여 신장 조직에서 cDNA microarray를 실행하였다. 또한 cytokine 단백질 변화와 산화적 손상에 미치는 cisplatin의 영향을 조사하기 위하여 cisplatin을 투여한 흰쥐의 혈청으로 cytokine antibody array를 실시하고, 과산화수소, malondialdehyde 및 항산화효소의 활성을 측정하였다. cDNA microarray 결과, 세포자멸, 세포주기, 세포성장/유지, 면역반응, 스트레스반응, 신호전달, 전사, 대사 및 기타의 기능적 범주로 분류된 유전자 중 111개의 유전자가 발현하였으며, 이 중 52개의 유전자는 발현이 증가하였고, 59개의 유전자는 발현이 감소하였다. 특히 cisplatin 투여군의 신장에서 세포자멸과 관련된 유전자인 Spp1, Tubb5, Hmox1 및 Clu와 세포주기에 관련된 유전자인 Pttg1, Ccng1 및 Anxa1의 발현이 증가하였다. 혈청 내 cytokine 단백질의 변화는 cisplatin 투여군에서 LIX와 β-NGF의 발현이 감소하였고, MCP-1과 TIMP-1의 발현은 증가하였다. Cisplatin에 의한 미토콘드리아 내 활성산소 생성은 시간이 경과할수록 증가하였으나, cisplatin 농도에 의해서는 활성산소 생성에는 차이가 없었다. 혈청에서 malondialdehyde 농도는 차이가 없었으며, 과산화수소 농도는 대조군에 비해 cisplatin 투여군에서 증가하였다. 혈청의 superoxide dismutase 활성도는 차이가 없었고, catalase 활성도는 대조군에 비해 cisplatin 투여군에서 유의한 증가를 보였다. Glutathione peroxidase 활성도는 두 군간에 유의한 차이가 없었고, xanthine oxidase 활성도는 cisplatin 투여군에서 크게 증가하였다. 신장 조직에서의 superoxide dismutase에 대한 mRNA 발현은 대조군에 비해 cisplatin 투여군에서 감소하였다. 이 실험 결과로 볼 때, cisplatin은 신장에서 유전자 발현 특히 세포 자멸과 관련된 유전자 발현 변화를 초래할 뿐만 아니라, cytokine 단백질 발현 변화를 동반하여 신장 손상을 유발하는 것으로 생각된다. 또한 cisplatin은 catalase 활성 저하 및 활성산소 생성을 유발하는 xanthine oxidase의 활성을 증가시켜 과도한 과산화수소의 생성을 유도함으로써 신장 조직의 산화적 손상을 초래하여 신장 기능을 저하시키는 것으로 생각된다. Cisplatin, an antitumor agent widely used in the treatment of a variety of human solid tumors, has nephrotoxicity. To understand the mechanism for nephrotoxicity, the gene expression patterns, the changes in cytokine proteins, oxidative stress markers levels and activities of antioxidative enzymes were measured. Sprague-Dawley rats received a single intraperitoneal injection of 8 mg/kg of cisplatin and sacrificed 6 days after cisplatin injection. The significantly expressed genes are associated with a broad range of functional activities, including apoptosis, cell cycle, cell growth/maintenance, immunoresponse, response to stress, signal transduction, transcription, and metabolism. In cytokine antibody array, MCP-1 and TIMP-1 were significantly up-regulated, while the expression of LIX and β-NGF were decreased. When mitochondria was exposed to cisplatin, the oxygen free radical production was increased depending on the exposure time. Cisplatin treated rats showed the increase of hydrogen peroxide levels and xanthine oxidase activity in serum. However, catalase activity was decreased. The mRNA expression for renal superoxide dismutase was decreased in the cisplatin treated rats. These results suggest that cisplatin induce nephrotoxicity by changes of gene expression including apoptosis and cell cycle, and cytokine proteins expression. And cisplatin induces nephrotoxicity by the production of reactive oxygen species via the changes of the antioxidant enzymes.