호모시스틴이 배양된 흰쥐 소뇌 과립 세포에 미치는 독성

Abstract

호모시스틴은 건강인에서 3-5 μM 정도의 혈중농도를 보인다. 그러나 유전적인 소인이나 식이결핍 등으로 인하여 혈중에서 10 μM 이상의 호모시스틴 농도를 나타내는 경우가 있으며 이를 고호모시스틴혈증(hyperhomocysteinemia)이라 한다. 이는 인구의 약 2%에서 나타내며 심혈관계 질환 및 말초 혈관의 폐쇄성 질환, 중추신경계 질환과 관계가 있다는 보고가 있다. 최근 호모시스틴과 비슷한 구조를 가진 시스틴(cysteine)이 글루타민산(glutamate) 수용체의 일종인 N-methy1-D-aspatate (NMDA) 수용체를 자극하여 신경독성을 유발하며, 쥐의 복강주사시 간질등의 질환을 유발하는 것이 보고되었다. 그러므로 본 연구자는 호모시스틴이 NMDA 수용체를 통해 신경독성을 일으키는지를 연구하였다. 실험은 일차배양한 소뇌 과립세포를 사용하여 호모시스틴으로 처리한 후, 형태학적인 관찰을 하고, 세포가 파괴될때 유리되는 lactate dehydrogenase (LDH)의 양을 측정하여 세포의 생존성의 정도를 수량화하였다. 호모시스틴은 NMDA 보다 강력한 신경세포 파괴의 형태학적 변화를 가져왔으며 LDH 유리도 더욱 증가시켰다. 또한, 이러한 변화는 NMDA 수용체 길항제인 D-2-amino-5-phosphovaleric acid에 의해 부분적으로 억제되었으며, non-NMDA 수용체 길항제인 6-cyano-7-nitroquinoxaline-2, 3-dione에 의해서는 억제되지 않으므로 호모시스틴이 부분적으로 NMDA 수용체를 통하여 신경독성을 나타낸다고 볼 수 있다. 최근 글리신이 호모시스틴에 의한 칼슘의 신경세포내로의 유입을 증가시킨다는 보고가 있었으나 본 실험에서는 호모시스틴에 의한 신경독성에 글리신이 큰 영향을 나타내지 않았다. 이는 배양 기간 동안 이미 신경세포에서 글리신이 유리되어 실제 글리신의 농도가 높았기 때문에 글리신의 효과를 관찰할 수 없었을 것으로 생각된다. 한편, 내인성 nitric oxide(NO)는 신경전달물질에 의해 뇌에서 다량 생성, 유리되며 sulfhydry1 group(-SH)을 가지는 호모시스틴등과 결합하여 S-nitrosylated homocysteine(S-NOHC)을 형성한다고 보고되어 있다. 이 S-NHC은 혈관에서 호모시스틴의 독성작용을 억제하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 연구에서는 S-NOHC이 호모시스틴보다 정도는 약하나 역시 신경독성을 유발하는 것이 관찰되었다. 결론적으로, 호모시스틴은 NMDA 수용체를 자극함으로써 신경독성을 유발하며, 호모시스틴의 sulfhydry1 group에 S-notrosylation은 신경조직에서는 큰 생리적 의미가 없는 것으로 생각된다.;Blood concentration of homocysteine in healthy man has been reported to be 3-5 μM. In humans, hyperhomocysteinemia is common, consisting of elevation in blood homocysteine to >10 μM. Hyperhomocysteinemia is caused by genetic alterations of certain enzymes in relation with homocysteine metabolism as well as by deficiencies of Vitamines such as B_(6), B_(12), and folic acid. Vascular stenosis and stroke has been associated in part with the elevation of homocysteine in blood. Recently, a systemic administration of excess cysteine was reported to induce a seizure-like activity. Owing to the suructural similarity, I hypothesized that homocysteine can cause neurotoxicity. To test the hypothesis, primary culture of rat cerebellar granule cells were employed. Similar to NMDA and glutamate, homocysteine was morphologically observed to damage the neuronal cells and to release lactate dehydrogenase from the cells. The effect of homocysteine was partially blocked(but statistically not significant) by the NMDA receptor antagonist D-2-amino-5-phosphovaleric acid, but not altered by 6-cy ano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione. Recently, homocysteine-mediated increase in intracellular calcium concentration was reported to be enhanced by the addition of glycine. But the present study failed to show the enhancement of the homocysteine-induced neurotoxicity, which might be due to the released glycine during the incubation of cells with homocysteine. Endogeneous nitric oxide(NO) is known to be synthesized and released by the stimulation of certain receptors. The NO rapidly reacts with sulfhydryls such as homocysteine. The S-nitrosylated homocysteine was reported to ameliorate the homocysteine toxicity on the cardiobvascular systems. But although less than homocysteine, S-nitrosylated homocystine also damaged cultured neuronal cells. In conclusion, homocystine displays a remarkable dual action at the NMDA receptor by also acting as a partial antagonist of the glycine allosteric modulatory site on the receptor. Under physiological conditions such as stroke and head trauma, in which glycine levels in the nervous system are substantially elevated, homocysteine will damage neurons in the brain. but S-nitrosylated homocysteine, the reaction product of homocysteine with nitric oxide, did also damage neuronal cells. Thus, homocysteine and its derivatives will take part in severe damage of brain in stroke and other cerebrovascular diseases.