임신 후기 어미 쥐에 투여한 덱사메타손이 신생 쥐의 중추신경계 성숙에 미치는 영향

Abstract

조기 진통시 산전 글루코코르티코이드(glucocorticoid, GCs) 치료는 조산아의 호흡곤란증, 뇌실내 출혈 등의 위험을 감소시키므로, 조산아의 생존율을 증가시키기 위해 많이 이용되고 있다. GCs는 뇌신경계의 정상 발생과 성숙에 필수적인 호르몬으로 성숙 중인 뇌의 대부분의 부위에서 세포성장과 분화, 신경계의 전달체계에 관여한다. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF)는 도파민분비신경을 보호하고, 태아 뇌의 각각 다른 발생단계에서 신경의 생존, 분화, 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 임신 후기 어미 쥐에게 3회 덱사메타손(dexamethasone, DEXA) 투여가 신생 쥐의 중추신경계 형성 및 GDNF의 발현양상에 미치는 영향을 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. DEXA 투여군에서 신생쥐의 몸무게와 장기(뇌, 신장, 폐)의 무게가 생후 1일과 10일에 대조군에 비해 유의하게 감소했는데, 투여한 DEXA의 양과 관련이 있었다. 2. DEXA 투여군에서 생후 1일에 대뇌 피질과 해마(hippocampus), 소뇌 피질에서 광학 및 전자현미경 소견상 신경세포의 손상 및 불규칙한 배열과 부종을 보였으며 proliferating cell nuclear antigen (PCNA) 양성인 세포수가 증가되었다. 3. DEXA 투여군에서 생후 10일에 대뇌피질과 해마의 신경구조의 변형과 PCNA양성인 세포수가 증가됨을 보였다. 소뇌피질의 크기는 정상 대조군에 비해 작았으며, 내과립세포층의 세포 수는 단위 면적 당 차이가 없었지만 PCNA 양성세포는 DEXA의 투여 양이 증가될수록 더 많았다. 4. DEXA 투여군에서 생후 10일에 퓰킨예세포(Purkinje cell) 수상돌기의 수가 현저하게 감소되었고, 농축된 세포질은 GDNF와 tubulin 항체에 강한 양성반응을 보였다. 5. 퓰킨예세포의 GDNF 단백의 발현양은 DEXA의 투여 양이 많아질수록 감소하는 소견을 보였다. 이상의 결과를 종합하면 임신후기 저용량(0.2mg/kg)과 고용량(0.8mg/kg)의 DEXA 다회투여가 생후 1일과 10일에 중추신경계 발달의 변화를 일으킬 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 구조의 변화는 세포증식활동의 증가(PCNA 양성)와 동반되었다. 이러한 변화는 투여된 DEXA 용량과 관련이 있었다. 또한 DEXA 투여에 의해 발생하는 소뇌의 성숙장애는 GDNF 단백질 발현과 관련이 있음을 알 수 있었다. 이와 같이 조산아에서 호흡 곤란증을 예방하기 위해 흔하게 쓰이고 있는 산전 합성 GCs 치료가 투여시기, 용량 등에 의해 뇌의 구조 변화와 기능장애를 초래할 수 있다. 앞으로의 연구에서는 뇌의 발생과정 중 GCs에 가장 민감한 시기와 적절한 용량과 약제를 찾아내서 산전 합성 GCs 치료의 장점은 극대화시키고 치료에 의한 뇌손상은 최소화시킬 수 있는 방법을 정립해야 할 것이다.;Glucocorticoids (GCs) have been used to reduce the severity of respiratory distress syndrome in preterm infants by accelerating the maturation of fetal lung in addition to protecting the infant against brain damage and other complications. GCs are essential for normal development and the maturation of central nervous system. They are involved in wide variety of functions in most regions of a developing brain ranging from cellular growth and differentiation to neuronal communication and signaling. The glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) is a potent peptide that has been purified and cloned owing to its ability to protect and rescue dopaminergic neurons in vitro. Widespread GDNF expression in neuronal and non-neuronal cells with a distinct developmental shift suggests that GDNF plays an important role in the survival, differentiation and maintenance of neurons at different stages of development in a fetal brain. The aim of this study was to determine the effects of an antenatal dexamethasone (DEXA) treatment on neuronal morphogenesis (cellular proliferation and architectural development) and GDNF protein expression in neonatal rat. The results are summurized as follows; 1. The body weight and organ (brain, lung and kidney) weight were decreased in the DEXA-treated group compared with the control group at postnatal days 1 and 10. The changes were dose-dependent. 2. The DEXA-treated group showed distorted architectures of neurons in the cerebral cortex, hippocampus, and cerebellar cortex at postnatal day 1 with increased numbers of PCNA-positive cells and an irregular zonal arrangement of neurons. 3. At postnatal day 10, the cerebral cortical and hippocampal neurons in the DEXA-treated groups showed a dose-dependent distortion of neuronal architectures an increase in proliferative activity. 4. The cerebellar cortex in the DEXA-treated groups showed delayed development with more PCNA positive cells in the internal granular cell layer in a dose-dependent manner. 5. The Purkinje cells showed markedly decreased numbers and length of dendritic processes and a condensed cytoplasm, which showed strong positive reaction to GDNF and tubulin antibodies. 6. The GDNF positive reaction was decreased in the DEXA-treated groups in a dose-dependent manner than in the control group. According to the results, an antenatal treatment with low (0.2mg/kg) and high dose (0.8mg/kg) DEXA at the late gestational age can cause developmental changes and neuronal degeneration at postnatal days 1 and 10. The architectural changes were associated with an increased proliferative activity (PCNA-positive cells), which was dose-dependent. The abnormal development of the cerebellar cortex was associated with the level of GDNF protein expression. In conclusion, since the magnitude of antenatal GCs effects is highly treatment time- and brain region-specific, it is likely that there are critical windows of development when specific regions of brain are more sensitive to the influence of exogenous GCs. identification of such windows will be helpful to optimize antenatal GCs treatment by maximizing the benefits and reducing the risks of treatment.