4세대 퀴놀론계 항생제가 가토 각막 실질 세포에 미치는 영향

Abstract

4세대 퀴놀론계 항생제는 기존의 퀴놀론계 항생제보다 그람 양성균 및 비전형 세균에 효과가 있는 광범위 항생제로 최근 백내장 수술을 비롯하여 굴절 교정 수술과 관련된 감염의 예방과 치료를 위해 많이 사용되고 있는 약제이다. 이에 본 연구에서는 상용화 되어 있는 4세대 퀴놀론계 점안 항생제인 gatifloxacin 0.3%와 moxifloxacin 0.5%가 가토 각막 실질에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 뉴질랜드산 흰 가토를 각각 우안은 12 mm 직경으로 각막 상피를 제거하고, 좌안은 각막 상피를 제거하지 않고 gatifloxacin, moxifloxacin, levofloxacin, 인공 눈물군으로 나누어 각 군당 14마리씩 총 56마리의 가토의 눈에 안약을 점안하였다. 안약 점안은 첫 48시간은 1시간 간격, 그 다음 48시간은 2시간 간격으로 양안에 1방울씩 점안하였으며, 안약 점안 96시간 후 가토를 희생하여 각막을 절제한 후 염증성 사이토카인인 TGF-β₁과 IL-1α의 발현 정도와 콜라겐 분해 효소인 Matrix metalloprotease (MMP-1, 2, 8, 9)의 발현 정도를 정량적으로 분석하여, 각막 상피 제거 여부 및 안약의 종류에 따라 차이가 있는지 알아보았으며, 투과전자현미경으로 각막 실질 세포의 미세 구조를 관찰하였다. 염증성 사이토카인인 TGF-β₁은 각막 상피 제거의 여부 및 안약 종류에 따라 차이가 나지 않았으며 IL-1α는 gatifloxacin, moxifloxacin, 인공 눈물군에서 각막 상피를 제거한 경우가 제거하지 않은 경우보다 통계적으로 유의하게 높게 측정되었다. 콜라겐 분해 효소인 MMP의 경우 안약의 종류와 관계없이 각막 상피를 제거한 군에서 MMP-2의 발현이 통계적으로 유의하게 증가되었다. MMP-1과 MMP-2의 발현은 각막 상피를 제거한 군과 제거하지 않은 군 모두에서 gatifloxacin을 사용한 경우가 moxifloxain, levofloxacin, 인공 눈물을 사용한 경우보다 통계적으로 유의하게 증가되어 있었다. MMP-8과 MMP-9의 발현은 각막 상피 제거 및 안약에 따른 차이가 없었다. 투과전자현미경으로 관찰한 각막 실질 세포의 변화는 moxifloxacin을 사용한 군에서 세포 소기관의 부종 및 세포질 내 공포 형성 등의 독성 변화를 보인 경우가 많았다. 결론적으로 4세대 퀴놀론계 점안 항생제 중 gatifloxacin은 각막 상피 결손이 있거나 정상인 경우 모두에서 기존의 퀴놀론계 점안 항생제보다 MMP-1과 MMP-2의 발현을 유의하게 증가시켰으며, moxifloxacin은 각막 실질 세포의 미세 구조에 변화를 일으켰다.;The purpose of this study was to examine the in vivo effect of fourth- generation fluoroquinolones (moxifloxacin and gatifloxacin) on rabbit corneal keratocytes by evaluating the expression of transforming growth factor (TGF)-β₁, interleukin (IL)-1α and matrix metalloproteinases (MMPs). Fifty six NewZealand white rabbits were randomly divided into 4 test groups of 14 rabbits per group: gatifloxacin 0.3%, moxifloxacin 0.5%, levofloxacin 0.5% or preservative-free artificial tear. In all rabbits, a 12-mm-diameter epithelial wound was mechanically made to the center of the right cornea. The left eye of each rabbit served as an intact control. All rabbits received one drop of the test eye drops every hour for 48 hours followed by every 2 hours for an additional 48 hours. The rabbits were sacrificed after 96 hours of instillation of the test eye drops.The expressions of TGF-β₁ and IL-1α were examined using rear-time polymerase chain reaction. The expression of MMP-1, MMP-2, MMP-8 and MMP-9 were evaluated by Western blot assay. The changes of structure of the cells were evaluated with transmission electron microscopy. The expression of TGF-β₁ was similar in both debrided and intact cornea in all test groups. IL-1α was highly detected in the debrided cornea than in the intact cornea which was treated with gatifloxacin, moxifloxacin and artificial tear group. In the gatifloxacin group, MMP-1 and MMP-2 were expressed greater than in the moxifloxacin group and all tested MMPs were expressed greater than in the levofloxacin group. In the levofloxacin group, expressions of the all MMPs were lowest in the test groups. Cytotoxic changes of keratocytes were detected more in the moxifloxacin group than in any other test groups. The fourth-generation fluoroquinolones induced more expressions of IL-1α and MMP-1 and MMP-2 and structural changes than third generation fluoroquinolone or artificial tear in the rabbit cornea. This study suggests that topical fourth-generation fluoroquinolones displayed the potentials to be cytotoxic to human corneal keratocytes.