방사선 조사 후 발생한 흰쥐 심장손상에서 Captopril의 역할과 기전에 관한 연구

Abstract

심장은 방사선에 민감하여 흉부 악성종양의 방사선 조사 시 불필요한 손상을 받아 흉부 방사선 선량을 제한하는 요인이 된다. ACE(angiotensin converting enzyme) 억제제인 captopril이 쥐의 폐에서 monocrotaline에 의한 폐 고혈압과 섬유증을 감소시킨다는 보고 이래, 신장, 소장 및 피부에서 방사선 보호작용이 있다는 많은 연구가 발표되었다. 심장에서 captopril의 방사선 보호작용 유무와 기전은 정확하게 알려지지 않았으나 현재 연구중이며, 방사선에 의한 심장손상의 기전 역시 다른 장기에서와 같이 염증성 및 섬유증식성 사이토카인이 관여할 것으로 생각된다. 본 연구는 정상 흰쥐의 심장에 방사선을 조사한 군과 captopril과 방사선 조사를 병용한 군의 병리학적 소견과 TNF-α(tumor necrosis factor-alpha), TGF-β1(transforming growth factor-beta), PDGF(platelet-derived growth factor), FGF(fibroblast growth factor)-2의 발현상태를 비교 관찰함으로써 심장의 조기 방사선손상에서 captopril의 효과와 보호기전에서의 사이토카인의 역할을 알아보고자 하였다. 실험동물(Sprague-Dawley 흰쥐)은 대조군, 방사선 조사 단독군, captopril과 방사선 조사 병용군으로 분류하였다. 방사선 조사 단독군은 12.5 Gy의 X-선을 좌흉곽에 단일 조사 하였다. Captopril과 방사선 조사 병용군은 1일 50mg/kg의 captopril을 방사선조사 1주 전부터 실험종료시인 8주까지 식수에 섞어 음용시켰다. 실험 결과는 방사선조사 2주와 8주 후에 심방과 심실의 병리조직 소견을 비교 관찰하였고 각 군의 비만세포 수를 비교하였으며 면역조직화학염색으로 TNF-α, TGF-β1, PDGF, FGF-2의 발현을 관찰하였다. 방사선조사 2주 후 병리조직 소견 상 대조군에 비해 심한 심방 심장막(pericardium) 섬유소 침착(p=0.093), 심실 혈관주위(perivascular space) 부종(p=0.082)과 혈관주위 및 사이질(interstitium)의 섬유소 침착(p=0.018)이 보였으며, 심방 심장막의 섬유소 침착은 심실에 비해 현저하였다(p=0.009). 방사선 조사 후 8주의 변화는 2주 소견에 비해서 부종 및 섬유소 침착은 소멸되었고, 섬유화가 관찰되었는데 이는 심실보다 심방의 심장막에서 현저하게 나타났다. Captopril과 방사선 병용군은 방사선에 의한 심장손상이 감소되어 병리학적 소견상 대조군과 비교시 유의한 차이가 없었고, 방사선 조사 단독군과 비교시 특히 2주 후에 심방의 심내막(endocardium) 섬유소 침착(p=0.047)과 심실의 사이질 섬유소 침착(p=0.019) 및 부종(p=0.042)이 현저히 감소되었다. 비만세포(mast cell)의 수는 방사선 조사 단독군과 captopril과 방사선 조사 병용군 간에 유의한 차이가 없었다. 사이토카인의 발현은 방사선조사 2주 후에 TNF-α, TGF-β1, PDGF, FGF-2의 발현이 방사선 조사 단독군에서 대조군과 비교하여 증가되었으며, 특히 심방의 심장막 및 심장내막에서 현저하게 증가되었다. 방사선조사 8주 후에는 심장막의 TNF-α, TGF-β1이 계속 증가되었으며 TGF-β1는 심방 심내막(p=0.015)과 사이질(p=0.025)에서 특히 증가되었으나, PDGF와 FGF-2는 감소되었다. Captopril과 방사선 조사 병용군은 2주에 방사선 조사 단독군에 비하여 TNF-α, TGF-β1, PDGF의 발현이 감소되었으며, 8주에는 심방과 심실의 심장막에서 TNF-α가 현저히 감소되었고(p=0.049, p=0.009) TGF-β1, PDGF의 경우 감소되는 경향을 보였으나 유의한 차이는 없었다. 흰쥐의 심장에 captopril을 방사선과 병용 투여하여 병리조직 소견을 관찰한 결과 방사선에 의한 조기 심장손상이 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한 방사선조사 후 2주 및 8주에 병용군에서 단독군에 비하여 TNF-α, TGF-β1, PDGF 등의 발현이 감소하는 양상이 관찰되어, captopril이 사이토카인의 발현을 억제함으로써 방사선에 의한 심장손상을 감소시킬 수 있을 것으로 생각된다. ; Captopril (angiotension converting enzyme inhibitor) was known to have a radioprotective effect in the lungs, the intestine and the skin, but it is not clear that captopril reduce the radiation-induced heart toxicity. Inflammtory and fibrogenic cytokines are postulated to involve the heart toxicity induced by radiation as in other organs. To investigate the radioprotective effect and mechanism of captopril, the histopathologic changes and immunohistochmical stains (TNFα, TGFβ1, PDGF and FGF2) were examined in the radiation alone group and the combined group of captopril and radiation at 2 weeks and 8 weeks after irradiation. Each groups were consisted of 8 to 10 rats (Sprague-Dawley). Irradiation (12.5 Gy) was given to the left hemithorax in a single fraction. Captopril (50mg/Kg/d) mixed with water was given orally and continuously from the first week prior to irradiation up to the 8th week of the experiment. The results were as follows: In the radiation alone group, the ventricle at 2 weeks after irradiation showed prominent perivascular edema (p=0.082) and perivascular and pericardial fibrin deposit (p=0.018) compared to the control group. And pericardial fibrin deposit (p=0.009) of the atrium was more significant than that of the ventricle. At 8 weeks, the edema was decreased and fibrin deposit and fibrosis were increased than 2 weeks. Fibrosis was prominent in the atrium rather than the ventricle. The histopathologic changes of the combined group of captopril and radiation were similar to the control group due to reduced radiation toxicity at 2 and 8 weeks. Endocardial fibrin deposit (p=0.047) of the atrium and interstitial fibrin deposit (p=0.019) and edema (p=0.042) of the ventricle in the combined group of captopril and radiation were reduced significantly compared to that of the radiation alone group at 2 weeks. The mast cell count was not significantly different among each group. The expression of TNF-α, TGF-β1, PDGF and FGF-2 in the radiation alone group was more increased than the control group, especially in the pericardium and endocardium of atrium at 2 weeks. At 8 weeks, pericardial TNF-α and TGF-β1 in the radiation alone group were increased continuously. TGF-β1 was highly expressed in the atrial endocardium (p=0.015) and interstisium (p=0.025), however, PDGF and FGF2 were reduced. The expression of TNF-α, TGF-β1 and PDGF in the combined group of captopril and radiation was decreased at 2 weeks. At 8 weeks, the expression of TNF-α in the atrial and ventricular pericardium was markedly reduced (p=0.049, p=0.009) and also the expression of TGF-β1 and PDGF was decreased, but it was not statistically different. This study revealed that early heart damage induced by irradiation can be reduced by the addition of captopril in rat models. The expression of TNF-α, TGF-β1 and PDGF was further decreased in the combined group of captopril and radiation than the radiation alone group at 2 and 8 weeks. From these results, it may be concluded that these cytokines probably play the role in the radioprotective mechanism of captopril from the radiation-induced heart toxicity as in other organs.