허혈성 전처치가 허혈성 뇌졸중 이후 뇌 조직의 재생과 수복에 미치는 영향

Abstract

허혈성 뇌졸중은 전세계적으로 성인의 주요 사망 원인 중 하나이며, 생존자들에게 다소간의 신경학적 손상을 남기게 된다. 따라서 신경학적 손상을 줄이기 위한 장기적인 치료 전략이 필요하다. 허혈성 전처치 (ischemic preconditioning, IP)는 허혈 내성을 유도하여 심각한 허혈 손상으로부터 조직을 보호하는 방법이다. 본 연구는 허혈성 전처치가 중대뇌동맥 폐색 8 주 후 신경 수복에 어떠한 영향을 미치는지 확인하여 장기적 치료 효과 여부를 규명하고자 하였다. 생 후 10 – 11 주 된 수컷 C57BL/6 생쥐를 무작위적으로 중대뇌동맥 폐색 24 시간 전에 sham 군과 허혈성 전처치 방법인 일시적 양측 총경동맥 폐색 군으로 나누었다. 행동 실험 (neurological score, wire suspension test와 grip strength test)과 몸무게는 수술 전과 수술 후 1 주 간격으로 매주 측정하였다. 두 군에서 행동학적 실험 결과는 통계학적 차이가 없었지만 뇌 위축 정도는 IP 군이 sham 군에 비해 의미 있게 감소하였다. 뇌 위축 정도의 차이가 뇌 수복 과정과 관련 있는지 확인하기 위해 허혈 손상 후 8 주에 동측 뇌에서 단백질들의 발현을 각 군에서 비교하였다. 신경 가소성과 연관된 PSD-95, SYP, GAP43 그리고 SMI 312 발현은 IP 군에서 의미 있게 증가하였으며, 재수초화와 관련된 olig2, MAG, MBP 그리고 CNPase의 발현도 IP 군에서 증가하였다. 수초화에 필요한 철 이온의 대사 변화를 확인한 결과, TfR1과 DMT1 발현이 IP 군에서 증가하였다. 혈관 생성과 연관된 단백질은 두 군간의 차이가 없었지만 혈액-뇌 장벽의 치밀이음부 단백질인 occludin과 claudin-5의 발현이 IP 군에서 증가하였다. 이러한 결과들은 허혈성 전처치가 장기적인 뇌 보호 작용이 있음을 의미하며, 이 작용은 뇌 수복 과정인 신경 가소성, 재수초화 및 혈액-뇌 장벽의 치밀이음부 복구 증가와 관련이 있음을 시사한다. 본 연구 결과를 토대로, 허혈성 전처치 방법을 이용하여 뇌 수복 과정 기전 연구에 활용할 수 있으며, 허혈성 전처치가 허혈성 뇌졸중 환자의 뇌 수복을 위한 장기적 치료 전략으로 사용될 수 있을 것이다.;Ischemic stroke is one of the most common causes of death in adults worldwide, and leaves mild to severe neurological damages to survivors. Therefore, long-term therapeutic strategy to reduce neurological damages is needed. Ischemic preconditioning (IP) is a method that protects tissues from severe ischemic injury by inducing ischemic tolerance. This study was aimed to define long-term protective effects of IP by examining its effects on neurorestoration at 8 weeks after middle cerebral artery occlusion (MCAO). C57BL/6 male mice (10 – 11 weeks) were randomly divided into sham and IP groups, and transient bilateral common carotid artery occlusion was used as an IP stimuli at 24 hour before MCAO. Behavioral tests (neurological score, wire suspension test and grip strength test) and body weights were examined before and weekly after surgery. Although behavioral outcomes were not significantly different between groups, brain atrophy was significantly reduced in IP group compared with sham group. To determine whether the difference of brain atrophy between groups was associated with neurorestoration, expressions of proteins in the ipsilateral brain were compared between groups at 8 weeks after ischemic injury. Protein levels of PSD-95, SYP, GAP43 and SMI 312 that are involved in neural plasticity were significantly increased in IP group, and also those of olig2, MAG, MBP and CNPase that are associated with remyelination were increased in IP group. When changes in metabolism of iron, which is required for remyelination, were examined, protein levels of TfR1 and DMT1 were increased IP group. Although the level of proteins related with angiogenesis were not different between groups, those of occludin and claudin-5, tight junction proteins of blood-brain barrier, were increased in IP group. These results imply IP has long-term neuroprotective effects, and these effects are related with enhanced neurorestorative processes such as neural plasticity, remyelination and repair of tight junction in blood-brain barrier. Based on these results, IP can be a useful tool in studies for neurorestorative mechanisms, and can be applied to patients with ischemic stroke as a long-term therapeutic strategy to improve brain repair.