Inhibitory Effect of Bosentan on Monocrotaline-Induced Pulmonary Hypertension in Rats

Abstract

Pulmonary arterial hypertension is often a fatal condition characterized by a progressive increase in pulmonary vascular resistance leading to right ventricular failure. Endothelin (ET)-1, a potent endothelium-derived vasoconstrictor peptide, has several properties suggestive of a potential pathophysiological role in pulmonary hypertension. Bosentan, a dual ET receptor (ETA/ETB) antagonist, is efficacious in experimental and clinical pulmonary hypertension. The objectives of the present study were to evaluate the effect of bosentan on monocrotaline (MCT) induced pulmonary hypertension in rats. Four weeks old male Sprague Dawley rats (weighing approximately 250 g) were given as follows; Control rats (n=25), subcutaneous (sc) injection of saline and no treatment ; MCT rats (n=23), sc injection of MCT and no treatment ; Bosentan rats (n=23), sc injection of MCT plus oral ingestion of 6.25 mg/day bosentan. They were killed after 1, 7, 14, 28, and 42 days. Mean body weights of MCT rats and of bosentan rats were significantly lower than that of control rats on days 7, 14 and 28. Administration of bosentan significantly inhibited the progression of right ventricular hypertrophy on day 28 (right ventricle/[left ventricle+septum], 0.71±0.10 in MCT rats versus 0.49±0.09 in bosentan rats; P<0.05). Serum ET-1 concentrations of the MCT rats were higher than those of the control rats on days 28 and 42. Serum ET-1 concentrations of bosentan rats were significantly higher than those of control rats and of MCT rats on days 1, 7 and 14. Quantitative analysis of peripheral pulmonary arteries revealed that the increase of medial wall thickness after MCT injection was significantly attenuated in the bosentan rats on day 28 (49.96±10.06 % in MCT rats versus 47.09±10.48 % in bosentan rats, P <0.05) and day 42 (61.86±12.23 % in MCT rats versus 50.09 ±14.77 % in bosentan rats, P <0.05). In addition, an increase in the number of intraacinar muscular arteries after MCT injection was reduced by bosentan on days 14, 28 and 42. The expression of ET-1 mRNA was not different in control, MCT and bosentan rats at different experimental times. The expression of prepro ET-1 mRNA was significantly increased in bosentan rats on day 7(P <0.05). In conclusion, ET-1 contributes to the progression of cardiopulmonary alterations in rats with MCT-induced pulmonary hypertension. Administration of bosentan exerted inhibitory effects on lung vascular hypertrophy and right ventricular hypertrophy during development of MCT-induced pulmonary hypertension in rats.;서론 폐동맥 고혈압의 기전으로 폐혈관의 내피세포로부터 ET-1 분비가 증가되어 세포 증식 촉진, 세포 자멸 억제, 혈관 수축, 염증 반응을 통해 폐혈관의 재형성에 관여함이 제시되었다. 이에 백서에서 monocrotaline (MCT)에 의한 폐동맥 고혈압의 발현을 완화시키는 목적으로 ET-1 receptor blocker인 bosentan을 투여하였을 때 혈청 ET-1 농도 및 폐조직의 혈관 변화와 ET-1 관련 유전자의 변화 양상을 시기별로 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 체중 250 g 내외의 자성 Sprague-Dawley 백서를 다음과 같이 세 군으로 나누어 실험하였다. 대조군 백서에는 0.1 mL/kg의 생리식염수를 배부에 피하 주사하였고, MCT 백서는 MCT 수용액 60 mg/kg를 배부에 1회 피하 주사하였다. Bosentan 백서에는 동량의 MCT 투여 직후부터 bosentan 6.25 mg을 1일 2회로 나누어 위관 영양법으로 투여하였다. 1일, 7일, 14일, 28일, 42일에 각각 동물을 희생시켜 기관의 무게를 측정하고 혈청 ET-1 농도와 관련 유전자 검사를 RT-PCR법으로 시행하였다. 적출한 폐를 포르말린 액에 고정하고 절편을 만든 후 hematoxylin-eosin 염색을 한 후 광학 현미경 하에서 말단 폐동맥에 대한 형태학적 분석을 시행하였다. 결과 평균 체중은 7일째부터 대조군 백서 (298.0±12.2 g)에 비해 MCT 백서 (255.9±9.1 g)와 bosentan 백서 (253.2±6.9 g)에서 유의하게 적었다. 4주째 bosentan 백서의 평균 체중이 328.0 g으로 MCT 백서의 307.5 g보다 다소 높았으나 유의성은 없었다. 우심실/(좌심실+심실중벽) 비는 2주째부터 대조군 백서 (0.24±0.06 mg/g)에 비해 MCT 백서 (0.47±0.07 mg/g)와 bosentan 백서 (0.36±0.08 mg/g)에서 높았고, 4주째는 bosentan 백서에서 우심실 무게 비가 MCT 백서에 비해 낮았다 (0.49±0.09 mg/g, 0.71±0.10 mg/g, P<0.05). Bosentan을 투여하였을 때 혈청 ET-1 농도의 변화는 1일째부터 나타나기 시작하여 대조군 백서 (0.34±0.063 pg/mL)나 MCT 백서 (0.355±0.079 pg/mL)에 비해 bosentan 백서 (1.917±0.346 pg/mL)에서 유의하게 높았다 (P<0.05). 4주에는 MCT 백서에서 대조군 백서에 비해 높은 혈청 ET-1 농도를 나타냈다. 폐혈관 중막 두께는 7일째 MCT 백서와 bosentan 백서에서 대조군 백서에 비해 유의하게 증가되어 있었고 4주 이후 bosentan 투여에 의해 중막 비후가 억제됨을 관찰할 수 있었다. 말초 폐세동맥의 근육성 변화는 MCT 투여 1일 후부터 관찰되었고, 역시 bosentan 백서에서 근육성 변화가 유의하게 적었다. ET-1 mRNA는 7일째부터 대조군 백서에서 MCT 백서나 bosentan 백서에 비해 발현이 다소 증가되어 있었으나 유의성은 없었다. Prepro ET-1 유전자는 7일째 bosentan 백서에서 대조군과 MCT 백서에 비해 발현이 증가되어 있었다(P <0.05). 결론 Monocrotaline에 의한 백서의 폐고혈압에서 bosentan을 함께 투여하였을 때, 4주부터 우심실 비대가 뚜렷하게 억제되었고 폐동맥의 비후성 변화도 유의하게 적은 것으로 나타났다. Bosentan의 폐고혈압 억제 효과는 MCT로 유발한 백서의 폐동맥 고혈압에서 ET-1이 심폐 병변의 진행 기전에 관여함을 시사하는 것으로 해석된다.