Inflammatory microglia/macrophages aggravate the cerebral ischemic injury

Abstract

허혈성 뇌졸중은 뇌에서 많은 병리학적 변화를 일으키는데, 칼슘과 흥분성신경전달물질의 세포 내 유입, 활성산소종의 생성을 증가시키고, 염증반응 등을 유도하는 것으로 보고되어 있다. 본 연구에서는 허혈성 뇌졸중에 대한 기전을 이해하고, 이와 관련하여 뇌졸중으로 인한 뇌조직 손상에 대한 치료전략 개발을 최종목표로 하여 실험을 수행하였다. 첫번째 part에서는, 동물에 뇌혈관을 인위적으로 폐쇄하여 경색을 유발하는 모델로서 임상적으로 뇌졸중과 유사한 모델인 중대뇌동맥 폐쇄/재관류 모델 (MCAO/reper fusion)을 이용하여 뇌허혈로 인한 뇌조직 손상을 유발하였고 이 부위에서 관찰되는 면역세포의 역할을 규명하기 위해 지질다당류(lipopolysacchar ide)를 뇌량에 미세주입하는 방법과 쥐의 말초조직에 감마선조사 (-irradiation)을 하였다. 그 결과, 뇌조직손상이 지질다당류의 뇌량주입으로 인해 지질다당류를 주입하지 않은 경우보다 빨리 일어났으며, 이 손상부위에서 뇌내로 침투된 백혈구가 통계적으로 유의하게 증가되었다. 그리고 감마선조사를 통해 말초조직의 백혈구를 감소시켰고, 이것은 뇌조직 손상의 감소를 가져왔다. 두번째로는 KJ0530이 어떤 기전을 통해서 허혈성 뇌조직 손상으로부터 뇌를 보호할 수 있는지를 세포모델을 이용하여 연구하였다. 그 결과 10 M의 KJ0530은 포도당결핍/재산소공급 모델과 NMDA 처리모델에서 신경세포의 사멸을 억제하였고, 지질다당류를 처리한 소교세포에서는 염증성 싸이토카인인 TNF-, IL-1, IL-6 의 분비를 감소시켰다. 그러나 KJ0530은 활성산소종의 생성을 억제하 못하였다. 더욱이 흥미로운 것은 KJ0530이 10 nM에서 MCP-1에 의한 화학 주성을 완벽하게 억제하였다는 사실이다. 구체적인 기전연구를 통하여 KJ0530이 Rho family GTPase 인 Rac, Cdc42, Rho의 활성을 저해 시킴으로써 화학 주성을 감소시켰음을 알 수 있었다. 마지막으로, 앞서 보여진 KJ0530의 항염증 작용이 실제로 허혈성 뇌조직 손상에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지 알아보기 위해 동물 모델인 중대뇌동맥 폐쇄/재관류 모델을 이용하여 연구하였다. 그 결과 KJ0530은 이 모델에서의 허혈성 뇌조직손상을 억제하였으며, 뇌손상부위에서 활성화된 면역세포가 감소되었다. 위의 결과들을 종합해보면, KJ0530은 항염증 작용, 특히 뇌손상 부위로의 면역세포 이동억제를 통해 뇌조직 손상을 감소시켰음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 허혈성 뇌졸중에서 면역세포의 활성이 병리학적으로 매우 중요하며, 이를 조절함으로써 뇌졸중 치료의 가능성을 보여주었다. 또한 KJ0530의 항염증작용의 기전을 밝힘으로써 허혈성 뇌졸중 치료제로서의 개발 가능성을 제시하였다.;Cerebral ischemia triggers a number of pathophysiological changes in the brain. Candidate pathways include those regulating cellular calcium influx, excitatory neurotransmitter uptake, and generation of reactive oxygen species. The activation of inflammatory cascades following ischemia also contributes to brain injury. We have set the goal at a better understanding of the mechanisms underlying ischemic injury and the development of novel therapeutic strategies to reduce brain damage in ischemic stroke. We found that inflammatory cells play critical roles in cerebral ischemic stroke; morphological observations indicate that microglia/macrophageal cells are activated after MCAO and reperfusion. To find out the role of inflammatory cells, we tested two different experiments: one is lipopolysaccharide (LPS) microinjection into rat corpus callosum and the other peripheral -irradiation. LPS microinjection into rat corpus callosum increased infiltration of leukocytes into the ipsilateral side and markedly accelerated the cerebral ischemic injury. Peripheral -irradiation largely reduced the number of leukocytes in blood and attenuated the cerebral ischemic injury. We further investigated the several potential targets for cerebral ischemic injury to define the neuroprotective mechanisms of KJ0530 in vitro model including N-methy-D-aspartate excitatory neurotoxicity, inflammatory response including the formation of free radicals, cytokines release and chemotaxis. At micromolar concentration, KJ0530, an anti-inflammatory agent, protected the neuronal cell injury caused by oxygen-glucose deprivation (OGD)/re-oxygenation or stimulated by NMDA exposure in mixed neuronal-glial cells. KJ0530 did not block the formation of free radicals but decreased the release of proinflammatory cytokines (TNF-, IL-, IL-6) in LPS-treated microglia. At 10 nM, in contrast, KJ0530 completely blocked microglial migration by MCP-1 stimulation via down-regulation of Rho family GTPases (Rac, Cdc42 and Rho) and this inhibitory effect accorded with the diminishment of migrated cells to the cerebral ischemic lesions after MCAO/ reperfusion by KJ0530 treatment. These results indicate that KJ0530 functions to modulate the processes involved in activation and migration of inflammatory cells into the cerebral ischemic lesions.