당뇨망막병증에서 NADPH oxidase4의 기능 연구

Abstract

대사성 질환인 당뇨병은 신장병증, 신경병증 그리고 망막병증 같은 합병증을 유발할 수 있다. 특히 당뇨망막병증은 미세혈관과 관련된 질병으로서 망막의 혈관 신생, 혈액의 누출 그리고 망막 박리 현상 등 최종적으로는 실명으로 이르게 하는 질병이다. 이러한 당뇨망막병증이 심화되는 것이 활성산소의 증가를 통해서 진행되는 것으로 알려져 있으나 그 정확한 원인은 안 알려져 있다. 본 논문은 당뇨망막병증에서 활성산소 생성 효소인 NADPH oxidase(Nox)의 활성화와 그 기능을 분석하였다. 망막색소상피세포인 a human retinal pigment epithelial cell (ARPE-19)에 고농도당(high glucose, HG)를 처리한 결과 활성산소의 증가를 확인하였다. 특히 Nox저해제인 DPI 처리 시에 HG에 의한 활성산소 생성이 억제되는 것으로 보아서 HG에 의한 활성산소 생성이 Nox를 경유하는 것으로 보여진다. 이에 ARPE-19 세포에 Nox isozyme의 종류를 확인한 결과 Nox4가 주된 isoform이었다. 특히 Nox4를 knockdown(KD)한 후 HG에 의한 활성산소 생성이 억제되는 것으로 보아서 HG에 의한 활성산소 생성은 Nox4의 활성에 의존한다는 것을 확인하였다. HG는 망막에서 신생혈관을 생기게 하는 역할을 하는 관계로 HG에 의한 VEGF와 VEGFR 발현에 미치는 Nox4의 기능을 분석하였다. Nox4를 KD한 후에 HG에 의한 VEGFR 발현의 증가가 억제되는 것을 확인하였다. 더 나아가 Nox4 KO mice에 streptozotocin(STZ)를 처리한 후 제1형 당뇨모델에서 망막의 두께와 혈관 생성을 측정하였다. 정상 쥐의 제1형 당뇨모델에서는 망막두께와 신생혈관이 증가하였으나 Nox4 KO 쥐의 제1형 당뇨모델에서는 망막두께와 신생혈관의 증가는 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 Nox4에 의한 활성산소 생성이 당뇨망막병증의 생성과 진행에 중요한 역할을 한다는 것을 보여주는 것이다.;Diabetic mellitus (DM) as a metabolic disease stimulates a damage to retina, kidneys, nerves and blood vessels. Several lines of evidence indicate that high glucose (HG) induces reactive oxygen species (ROS) generation leading to oxidative stress which plays an important role in cellular damage. However, molecular mechanism in which HG stimulates ROS generation is unclear. In this thesis, I investigated activation and function of Nox4 in diabetic retinopathy. Stimulation of a human retinal epithelial cells (ARPE-19) with HG resulted in increased ROS generation. Pre-treatment of DPI as a Nox inhibitor abolished HG-induced ROS generation in ARPE-19 cells indicating that the ROS generation is from the activation of Nox isozymes. I investigated distribution of Nox isozymes in ARPE-19 cells. Nox4 is primary isozyme in ARPE-19 cells. Knockdown of Nox4 in ARPE-19 cells showed a decreased ROS generation in response to HG. It has been reported that HG induces expression of VEGF and VEGFR in retinal epithelial cells. Therefore, silencing of Nox4 expression in ARPE-19 cells resulted in decreased expression of VEGF and VEGFR in response to HG, compared to control cells. Next, type I diabetes induced by injection of streptozotocin (STZ) was applied into Nox4 KO mice. Retinal thickness and neovascularization were attenuated in STZ-induced type I diabetes in Nox4 KO mice, compared to that in wild type mice. Taken together, I suggest that Nox4 play an important role in diabetic retinopathy.