모노크로탈린으로 유도한 폐동맥 고혈압 백서 모델에서 K+ 채널 발현의 변화와 제대혈 줄기세포의 치료 효과

Abstract

목적 : 폐동맥 고혈압 (pulmonary arterial hypertension, PAH)은 폐동맥압 증가에 따른 우심부전이 발생하며, 나중에는 사망에 이르게 되는 난치의 질병이다. PAH에서 폐 혈관의 수축, 이완에 관여하는 K+ 채널 발현 변화가 보고되고 있다. 한편 전통적인 약물로는 치료가 불가능한 PAH 치료를 위하여 새로운 시도들이 있으며 최근에는 줄기세포를 이용한 치료가 시도되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 모노크로탈린으로 유도한 폐동맥 고혈압 백서 모델에서 여러 K+ 채널 발현 변화를 관찰하고 사람의 제대혈로부터 유래한 중간엽 줄기세포(human umbilical cord blood derived-mesenchymal stem cells, hUCB-MSCs)의 치료 효과를 연구하고자 하였다. 방법 : 실험동물은 다음과 같이 세 그룹으로 나누었다; 식염수를 피하 주사한 대조군 (C 군); 60 mg/kg 의 모노크로탈린(monocrotaline, MCT)를 피하 주사한 폐동맥 고혈압군 (M 군); 동량의 MCT를 투여 한 뒤 일주일 후 3X106/mL 의 hUCB-MSCs를 경정맥으로 주입한 치료군 (U 군). 실험동물은 2주, 4주 후 희생시켰으며, 폐 조직을 즉시 얼린 뒤 중합 효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR)과 웨스턴 블럿 분석을 시행하였다. 결과 : MCT 주입 후 2주, 4주 후에 측정한 평균 우심실압, 우심실무게, 우심실/(좌심실+격막), 폐세동맥 주막의 두께는 C군에 비해 M군에서는 증가하였고, M군에 비해 U군에서 감소하였다. Kv1.7의 유전자 발현량은 C 군과 비교하였을 때 M군에서 감소하였으며, M 군과 비교하였을 때 U 군에서 증가하였다. Kir6.2의 유전자 발현량은 C 군과 비교하였을 때 4주 째에 M 군에서 증가하였으며 M 군과 비교하였을 때 U 군에서 유의하게 감소하였다. Kv1.7의 단백질 발현량은 C 군과 비교하였을 떄 M 군에서 유의하게 감소하였으며, M 군과 비교하였을 때 U 군에서 유의하게 증가하였다. 결론 : 백서 모델에 MCT 투여에 의해 생존률의 감소, RV의 무게와 우심실압의 증가, 폐세동맥 개수와 내막 두께의 증가, Kir6.2 유전자 발현량의 증가, KV1.7 유전자 발현량 이 감소되는 효과가 있었으며, 그러므로 폐동맥 고혈압이 유발 되었음을 확인 할 수 있었다. 그리고 hUCB-MSCs를 주입 한 효과로서 생존률의 개선, RV의 무게와 우심실압 감소, Kir6.2 채널의 유전자 발현량의 감소, KV1.7 유전자 발현량의 증가를 확인하였다. KATP 채널의 유전자 발현량은 M군에서 증가하였고, U 군에서 감소하였다. 후속 연구에서 PAH를 치료하는 데 있어 최적화된 hUCB-MSCs의 투여 용량과 횟수를 결정하는 것이 중요하다.;Objective: Pulmonary arterial hypertension(PAH) is difficult to treat and is characterized by increased pulmonary arterial pressure, right heart failure and death. PAH has been shown to be refractory to most of the conventional pharmacological therapies. Human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells(hUCB-MSCs) are regarded as an alternative source of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. hUCB-MSCs have recently been studied for evaluation of their potential as a source of cell therapy. Some K+ channels are related to vascular tone especially KV1.5, KV2.1 and BKCa. The purposes of this study were to investigate the changes of pulmonary pathology, haemodynamics and gene expressions of K+ channels, KV and KATP channels in priority. Methods The rats were grouped as follows: control group(C group), subcutaneous injection of saline; M group, subcutaneous injection of MCT(60 mg/kg); hUCB-MSCs transfusion(U group). hUCB-MSCs(3X106/mL/cm2) were transfused by jugular vein injection 1 week after MCT injection. The rats were sacrificed and the frozen lung tissues were used to perform PCR and western blot analysis. Results: The mean right ventricular pressure(RVP) was significantly decreased in the U group compared with the M group in weeks 2 and 4. RV weight and the ratio of RH/LH+septum significantly was decreased in the U group compared to the M group. The number of muscular pulmonary arteriole was significantly decreased in the U group compared with the M group in weeks 2 and 4. Medial wall thickness of the pulmonary arteriole was significantly decreased in the U group compared to the M group in week 2. Gene expressions of KV1.7 was significantly decreased in the M group compared to the C group and increased in the U group compared to the M group in week 4. Gene expression of Kir6.2 was significantly increased in the M group and significantly decreased in the U group in week 4. Protein expression of KV1.7 was significantly decreased in the M group and increased in the U group compared to the M group. Conclusion: After hUCB-MSCs transfusion, there were improvements of RVH, mean RV pressure and survival rate. KV1.7 mRNA and protein expression levels were decreased in the M group and increased in the U group in week 4. Additional research on the dose and frequency of hUCB-MSCs infusion is needed to determine the optimal parameters for PAH treatment.