광화학적 뇌경색 백서 모델에서 황련의 항염증 및 운동기능 회복에 미치는 효과 Effects of Coptidis Rhizoma on the Anti-inflammation and Motor Recovery in Photothrombotic Brain Infarction Model in Rats원문보기
Objectives : Coptidis Rhizoma (Coptis japonica MAKINO; CR) is a well known crude drug as antimicrobial, antibacterial, anti-inflammatory, antioxidant activity. However, there is no study of the effect of CR on brain infarction and it's mechanism. The aim of this study was to investigate the effects ...
Objectives : Coptidis Rhizoma (Coptis japonica MAKINO; CR) is a well known crude drug as antimicrobial, antibacterial, anti-inflammatory, antioxidant activity. However, there is no study of the effect of CR on brain infarction and it's mechanism. The aim of this study was to investigate the effects on ischemic stroke induced by photothrombotic infarction by evaluating the functional & neuronal recovery after brain infarction. Materials & Methods : Male Sprague-Dawley rats (250-300 g) were induced photothrombotic brain infarction on sensorimotor cortex, and brain infarction volume by image J software (NIH, USA) after Nissl stain, also single pellet reaching task as a functional motor recovery were observed. After orally pretreated by CR (500 mg/kg) or normal saline as a sham control before 7 days from the time of photothrombotic infarction, rats were sacrificed. After then we analysed anti-inflammatory cytokines (TNF-$\alpha$, IL-6, IL-1$\beta$), by RT-PCR and ELISA method, and immunohistochemistry (GFAP, connexin-43) as a marker of neural plasticity. Results : CR (100, 250, 500 mg/kg) decreased the infarction volume dose-dependently, however the effect of 500mg/kg of CR (CR 500) showed the best (P=0.051). Also, CR 500 decreased the infarction volume time-dependently, the most effective time was 3-7 days after stroke. Photothrombosis increased inflammatory cytokines after infarction, CR 500 suppressed significantly mRNA expression of IL-1$\beta$, IL-6 and TNF-$\alpha$. In serum, CR 500 decreased the amount of IL-1$\beta$, 12h, 24h and 48h respectively (p < 0.05), also decreased that of IL-6 and TNF-$\alpha$, 12h respectively (p < 0.05) after infarction. The more astrocytes were observed and neural plasticity was facilitated in the rat brain of CR 500 than that of sham control in immunohistochemistry. Conclusions : This results suggest that CR decrease infarction volume and improve functional motor recovery in acute stage in photothrombotic ischemic infarction model in the mechanism of anti-inflammation and promoting neural plasticity.
Objectives : Coptidis Rhizoma (Coptis japonica MAKINO; CR) is a well known crude drug as antimicrobial, antibacterial, anti-inflammatory, antioxidant activity. However, there is no study of the effect of CR on brain infarction and it's mechanism. The aim of this study was to investigate the effects on ischemic stroke induced by photothrombotic infarction by evaluating the functional & neuronal recovery after brain infarction. Materials & Methods : Male Sprague-Dawley rats (250-300 g) were induced photothrombotic brain infarction on sensorimotor cortex, and brain infarction volume by image J software (NIH, USA) after Nissl stain, also single pellet reaching task as a functional motor recovery were observed. After orally pretreated by CR (500 mg/kg) or normal saline as a sham control before 7 days from the time of photothrombotic infarction, rats were sacrificed. After then we analysed anti-inflammatory cytokines (TNF-$\alpha$, IL-6, IL-1$\beta$), by RT-PCR and ELISA method, and immunohistochemistry (GFAP, connexin-43) as a marker of neural plasticity. Results : CR (100, 250, 500 mg/kg) decreased the infarction volume dose-dependently, however the effect of 500mg/kg of CR (CR 500) showed the best (P=0.051). Also, CR 500 decreased the infarction volume time-dependently, the most effective time was 3-7 days after stroke. Photothrombosis increased inflammatory cytokines after infarction, CR 500 suppressed significantly mRNA expression of IL-1$\beta$, IL-6 and TNF-$\alpha$. In serum, CR 500 decreased the amount of IL-1$\beta$, 12h, 24h and 48h respectively (p < 0.05), also decreased that of IL-6 and TNF-$\alpha$, 12h respectively (p < 0.05) after infarction. The more astrocytes were observed and neural plasticity was facilitated in the rat brain of CR 500 than that of sham control in immunohistochemistry. Conclusions : This results suggest that CR decrease infarction volume and improve functional motor recovery in acute stage in photothrombotic ischemic infarction model in the mechanism of anti-inflammation and promoting neural plasticity.
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문제 정의
되었을 뿐 뇌경색 모델에서의 황련에 관한 연구는 전혀 없다. 따라서 본 연구는 허혈성 뇌경색 백서 모델을 이용하여 황련이 infarction volume의 감소 및 운동기능 회복에 미치는 효과와 inflammation 방어효과 및 신경세포 손상의 방어효과를 알아보고자 하였다.
본 실험은 황련추출물이 뇌경색 개선효과가 있는지 규명하기 위하여, sensorimotor cortex (SMC)에 뇌경색을 유발한 후 infarction volume을 관찰하였으며, SPRT를 통하여 운동기능회복을 관찰하여 보았다. 관찰 결과 황련추출물을 농도별(100, 250, 500 mg/kg)로 투여한 결과 500 mg/kg에서 유의한 infarction volume 의 감소효과가 관찰되었으며(p = 0.
본 연구는 황련 추출물의 광화학적 허혈성 뇌경색 모델을 이용한 뇌경색 개선효과(운동기능 개선 및 항염증 효과, 신경가소성 증진)를 연구한 것으로, 황련 추출물의 여러 농도 중 500 mg/kg에서 infarction volume을 가장 효과적으로 감소시켰으며 또한 황련 추출물 500 mg/kg의 전처치는 뇌경색 volume을 3-7일의 급성기에 효과적으로 감소시켰을 뿐만 아니라 빠른 운동성 회복을 유도하였다. 황련추출물의 전처치는 급성기 뇌경색의 inflammatory cytokine을 serum과 조직에서 감소시켰으며, immunohistochemistry 관찰 결과 대조군(normal saline)에 비하여 astrocytes가 더 많이 관찰되고 connexin-43의 조기형성에 의한 신경가소성이 촉진됨을 나타내었다.
제안 방법
PCR반응이 끝난 후 1X 샘플링 buffer를 섞은 뒤 1.5% agarose gel에 10 ㎕씩을 넣고 전기영동 한 후 자외선을 이용하여 반응을 확인하였다.
Photothrombotic infarction을 형성 후 날짜별로 1, 3, 7, 14일 경과하면서 500 mg/kg로 전처치한 황련에 의한 infarction volume의 감소효과를 관찰하였다. 관찰결과 infarction 형성 후 초기 1일째는 두 그룹 간 별다른 volume의 차이를 나타내지 못했는데, 3일째는 황련투약그룹에서 현저한 infarction volume의 감소를 나타내었으며(p = 0.
SPRT 의 측정은 20개의 먹이 당 앞발이 도달하여 흘리지 않고 정확하게 입으로 가져가 먹이를 획득하는 작업(reaching task)을 정확히 수행하는 수에 대한 백분율로 평가하였다(성공률 = (성공적으로 먹은 먹이의 수 / 20) ×100).
이때 마지막 5일간의 자료를 뇌경색 발병 전 자료로 이용하였다. SPRT 훈련시 양측 앞발의 사용정도를 평가하여 우성 앞발을 결정, 반대측 대뇌부위를 뇌경색 병소로 선택하였다.
① 행동훈련 2일전 하루 동안 먹이를 제한하여 정상적인 체중의 90% 내외가 되도록 하여 이를 실험기간 동안 유지하도록 하였다. 다음 1일에는 훈련에 사용되는 새로운 먹이에 적응을 위하여 20개의 45 ㎎의 sucrose single pellet (Bio-Serve, New Jersey, USA)을 주었다.
③ 뇌경색 모델을 만든 후 대조군과 각기 다른 황련 추출물 투여군을 대상으로 수술 후 3주까지 매일 행동평가를 실시하였다. 뇌경색 수술 후 1일째에 기능적 평가에서 명확한 기능적 저하를 보이지 않는 백서는 원하는 크기의 뚜렷한 뇌경색 병변이 만들어지지 않은 것으로 판단하여 실험에서 제외하고 희생시켜 병리조직학적 소견을 관찰하여 병소의 생성여부를 확인하였다.
2)을 심장에 재주입하여 조직을 고정시켰다. 관류 고정이 끝난 후 뇌를 신속하게 적출한 다음 뇌를 4% PFA의 고정액으로 4℃에서 2-4시간 담가서 후고정을 시행하였고, 30% sucrose에 보관하여 완전히 침투된 다음 동결절편기(RM 2135, Leica CO, Nusslich, Germany)를 이용하여 병변의 처음 시작에서 400 ㎛마다 조직을 40 ㎛으로 얻어서 병변부피 계산에 이용하였으며 선택적인 병변의 위치에서 면역조직화학염색을 시행하였다. 병변부피의 확인을 위해 얻은 조직을 Cresyl violet을 이용하여 Nissl stain을 시행하였다.
대조염색으로 Gill's hematoxylin을 사용하고 Permount로 봉입하였다. 광학 현미경(Olympus BX50F4, Olympus Optical Co, Tokyo, Japan)을 이용 하여 대뇌의 9부위를 전체적 개관과 해당 세포를 관찰 한 후, 특이적인 위치를 확인하였다.
병변부피의 확인을 위해 얻은 조직을 Cresyl violet을 이용하여 Nissl stain을 시행하였다. 광학 현미경(Olympus BX50F4, Olympus Optical Co, Tokyo, Japan)을 이용하여 각 절편을 관찰한 후 영상을 저장하였고, Image J(National Instate of Health, Bethesda, USA)프로그램으로 뇌경색 변병 부위의 크기 및 면적을 측정하였다.
그 후에 PCR은 각각의 tube에 1 ml cDNA, 1x PCR buffer, 1 mM MgCl2, 200 μM dNTPs, 0.2 mM의 primer를 넣고 PCR 조건인 92˚C에서 30초, 58C에서 45초, 그 후에 72˚C에서 30초를 30cycle 반복하였다.
③ 뇌경색 모델을 만든 후 대조군과 각기 다른 황련 추출물 투여군을 대상으로 수술 후 3주까지 매일 행동평가를 실시하였다. 뇌경색 수술 후 1일째에 기능적 평가에서 명확한 기능적 저하를 보이지 않는 백서는 원하는 크기의 뚜렷한 뇌경색 병변이 만들어지지 않은 것으로 판단하여 실험에서 제외하고 희생시켜 병리조직학적 소견을 관찰하여 병소의 생성여부를 확인하였다.
80 mm에 위치한 40 ㎛두께의 관심절편을 선택한 후 면역염색을 시행하였다. 뇌병변 주위의 astrocyte와 gab junction의 확인을 위해 1차 항체로 polyclonal rabbit anti-cow glial fibrillary acidic protein (GFAP, ready-to-use, Dako-Cytomation)과 polyclonal rabbit anti-connexin 43(1 : 100, Zymed)을 반응시킨 뒤 2차 항체로 biotinylated anti-rabbit IgG(1 : 200, Vector Laboratories)을 사용하고 ABC kit(Vector Laboratories)을 이용하여 DAB으로 해당 항체의 발색을 유도하였다. 대조염색으로 Gill's hematoxylin을 사용하고 Permount로 봉입하였다.
1). 따라서 본 실험에서 황련 500 mg/kg를 기본 투약 용량으로 정하여 실험하였다.
또한 면역조직화학 염색을 위해 대뇌부위의 선택은 전정에서 전두부 쪽으로 2.28 mm에서 0.48 mm까지 범위의 뇌 관상 조직을 이용하였으며, 이 중 전정에서 +1.80 mm에 위치한 40 ㎛두께의 관심절편을 선택한 후 면역염색을 시행하였다. 뇌병변 주위의 astrocyte와 gab junction의 확인을 위해 1차 항체로 polyclonal rabbit anti-cow glial fibrillary acidic protein (GFAP, ready-to-use, Dako-Cytomation)과 polyclonal rabbit anti-connexin 43(1 : 100, Zymed)을 반응시킨 뒤 2차 항체로 biotinylated anti-rabbit IgG(1 : 200, Vector Laboratories)을 사용하고 ABC kit(Vector Laboratories)을 이용하여 DAB으로 해당 항체의 발색을 유도하였다.
마취 후 정위 두부 고정장치(Model 900 Small Animal stereotaxic Instrument®, David Kopf Instruments, Tujunga, USA)에 두부를 고정한 후 앙와위를 취하게 하고, 두부의 정중선을 3.5 ㎝ 절개하여 두피를 양쪽으로 벌린 후 골막을 박리하여 두개골을 노출시킨 다음 수술전 미리 측정한 우성측 전족부의 반대편 대뇌반구 쪽에 직경 4 mm의 광섬유 말단 조사부의 중심이 전정(bregma)으로부터 1.5 mm, 측방 3.5 mm 지점에 위치하도록 밀착 고정한 후 열 발생이 없는 할로겐 광원(백색광, 150 W, IlluminatorHalogen FOK-150X/150R, Fiber Optic Korea Co, Cheonan, Korea)을 사용하여 강도가 1.0 W/cm2인 백색광을 조사하였다.
동물 실험에 사용할 백서는 250-300g의 수컷 SpragueDawley (Samtako Bio Korea, Osan, Korea)계를 사용하였다. 백서는 cage에서 각각 3마리씩 사육하였으며, 하루에 각각 12시간 주기로 명암을 조절하였다. 사육실은 21-24℃의 온도를 유지하였으며, 물과 음식을 충분히 공급하는 환경에서 일주일 동안 실험실 환경에 적응시킨 후 실험 평가에 사용하였다.
관류 고정이 끝난 후 뇌를 신속하게 적출한 다음 뇌를 4% PFA의 고정액으로 4℃에서 2-4시간 담가서 후고정을 시행하였고, 30% sucrose에 보관하여 완전히 침투된 다음 동결절편기(RM 2135, Leica CO, Nusslich, Germany)를 이용하여 병변의 처음 시작에서 400 ㎛마다 조직을 40 ㎛으로 얻어서 병변부피 계산에 이용하였으며 선택적인 병변의 위치에서 면역조직화학염색을 시행하였다. 병변부피의 확인을 위해 얻은 조직을 Cresyl violet을 이용하여 Nissl stain을 시행하였다. 광학 현미경(Olympus BX50F4, Olympus Optical Co, Tokyo, Japan)을 이용하여 각 절편을 관찰한 후 영상을 저장하였고, Image J(National Instate of Health, Bethesda, USA)프로그램으로 뇌경색 변병 부위의 크기 및 면적을 측정하였다.
본 연구의 결과 500 mg/kg의 황련 전처치는 급성기 형성된 infarction volume을 빠르게 감소시켰으며, 이러한 작용이 황련의 항염증 효과를 통하여 발생되는지를 알아보기 위하여 황련의 1주간 전처치 후 photothrombotic infarction을 유발 후 12, 24, 48시간 후 inflammatory cytokine인 TNF-α, IL-6, IL-1β의 mRNA발현을 RT-PCR로 확인하였다.
이 부위는 Paxinos와 Watson14)에 의한 백서의 뇌지도에서 감각-운동 피질부(sensory-motor cortex)가 위치하는 부위를 선정하였다. 빛 조사 시작 2분 후 빛의 조사 상태에서 Rose bengal dye(20 mg/㎏, Sigma-Aldrich Co, Missouri, USA)를 미리 박리한 표재성 대퇴정맥을 통해 2분에 걸쳐 천천히 주입하였고, 이후 16분 동안에 빛 조사를 지속하여 광화학적 뇌경색을 유발하였다15).
백서는 cage에서 각각 3마리씩 사육하였으며, 하루에 각각 12시간 주기로 명암을 조절하였다. 사육실은 21-24℃의 온도를 유지하였으며, 물과 음식을 충분히 공급하는 환경에서 일주일 동안 실험실 환경에 적응시킨 후 실험 평가에 사용하였다. 본 연구의 동물실험은 실험동물 표준 실험지침(대한의학회, NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)에 의거하여 사육되고 연구되었다.
실험군은 황련추출물 100, 250, 500 mg/kg의 각기 다른 황련 농도를 존데를 통하여 뇌경색 유발 1주전 투여한 그룹이며, 대조군(control)은 모든 조건이 동일한 동일량, 동일방법의 생리식염수(NS)를 먹인 그룹으로 하였다.
운동기능 행동평가는 실험전 행동훈련(reaching training)을 통하여 백서를 훈련시킨 후 뇌경색 유발 후 그 운동기능 행동평가를 수술 후 3주까지 매일 행동평가를 실시하여 관찰하였다.
다음 1일에는 훈련에 사용되는 새로운 먹이에 적응을 위하여 20개의 45 ㎎의 sucrose single pellet (Bio-Serve, New Jersey, USA)을 주었다. 이 후 7일간 SPRT 훈련을 위해 같은 먹이를 오전과 오후에 각각 20분씩 노출하며, 1주일 동안 20개의 먹이 먹기 훈련을 오전과 오후에 실시하였다. 이때 마지막 5일간의 자료를 뇌경색 발병 전 자료로 이용하였다.
이를 위해 행동 평가를 할 수 있게 자체 고안한 행동기능평가 상자(behavior box)는 45× 35×35 ㎝의 투명한 5 ㎜ plexiglas로 만들어진 함의 전면 중앙에 바닥으로부터 2 ㎝ 높이에 1 ㎝ 넓이의 15 ㎝ 높이의 구멍을 만들고, 이 구멍의 밑 부분에 바깥으로 5×4 ㎝, 깊이 5 ㎜(구멍이 위치한 부위는 열려있는)의 먹이받이를 설치하여 사용하였다.
전자현미경(×100)을 통한 GFAP 염색후 photothrombotic infarction 유발 3일후 가장 염증이 극대화 되었을 때 희생하여 뇌의 조직을 절편하여 관찰하였다.
존데를 이용하여 백서에 구강내로 2.5 ml의 0.9 % normal saline (NS) 주사용수에 건조 분말 황련을 kg 당 계산하여 녹여 투여하였다.
본 연구의 결과 500 mg/kg의 황련 전처치는 급성기 형성된 infarction volume을 빠르게 감소시켰으며, 이러한 작용이 황련의 항염증 효과를 통하여 발생되는지를 알아보기 위하여 황련의 1주간 전처치 후 photothrombotic infarction을 유발 후 12, 24, 48시간 후 inflammatory cytokine인 TNF-α, IL-6, IL-1β의 mRNA발현을 RT-PCR로 확인하였다. 황련 500 mg/kg을 일주일간 전처치한 그룹과 생리식염수를 먹인 두 그룹을 photothrombotic infarction을 유도한 뒤 12, 24, 48시간에 실험동물을 분석하였다. 실험동물의 뇌에 infarction이 가장 심하게 이루어진 부분을 잘라내어 그 조직에서 inflammatory cytokine들인 IL-1β, IL-6, TNF-α의 mRNA 발현차이를 확인한 결과 황련의 전처치는 IL-1β와 TNF-α의 발현을 억제하였으며, IL-6의 경우도 어느 정도 억제하는 것으로 나타났다(Fig.
황련은 기존의 연구에서 항염증 효과에 대해 많이 보고되었으며9,28-30), 이러한 infarction volume의 감소효과가 과연 이러한 황련의 항염증 효과에서 기인하는지를 알아보기 위하여, 가장 효과를 보인 황련추출물 500 mg/kg을 뇌경색 유발 7일전 전처치한 군과 normal saline(동일량, 동일방법)을 전처치한 군으로 나누어, anti-inflammation 관련 cytokines (TNF-α, IL-6, IL-1β)을 RT-PCR과 ELISA를 이용하여 관찰하였다.
황련의 농도에 따른 cerebral infarction의 volume 변화를 관찰하기 위하여 뇌경색 유발 1주 전 대조군과 황련 100, 250, 500 mg/kg의 황련 농도를 존데를 통하여 투여하여 뇌경색 유발 3일 후 그 volume(mm3)을 비교하였다. 황련의 농도가 증가함에 따라 infarction volume은 줄어드는 경향을 나타내었으며 특히, 황련 500 mg/kg의 경우 대조군(NS)과 유의성 있게 근접한 infarction volume의 차이를 나타내었다(p = 0.
대상 데이터
대조염색으로 Gill's hematoxylin을 사용하고 Permount로 봉입하였다.
동물 실험에 사용할 백서는 250-300g의 수컷 SpragueDawley (Samtako Bio Korea, Osan, Korea)계를 사용하였다. 백서는 cage에서 각각 3마리씩 사육하였으며, 하루에 각각 12시간 주기로 명암을 조절하였다.
데이터처리
결과는 평균 ± 표준오차(mean ± standard error of mean; SEM)로 요약하였으며, 통계학적 분석은 SPSS 14.0K for Windows (SPSS Inc, IL, USA)를 사용하여 independent t-test를 시행하였고, P-값이 0.05 이하인 경우 통계적으로 유의성이 있는 것으로 판단하였다.
이론/모형
Tri-zol로 추출한 RNA는 MML-V reverse transcriptase 의 protocol을 사용하여 cDNA로 합성하였다. 간단히 기술하자면 역전사 반응을 위하여 total RNA (1 mg)에 0.
mRNA발현 결과를 바탕으로 실제로 실험동물에 위와 같은 방법으로 infarction을 유도하였을 때에 혈청내로 나오는 염증 사이토카인(proinflammatory cytokine)인 TNF-α, IL-6, IL-1β 수치를 enzymelinked immunosorbent assay (ELISA) kits (R&D Systems, Inc, MN, USA) 방법으로 측정하였다.
② 백서의 운동기능 평가를 위해 Vergara-Aragon 등16)이 제시한 방법에 따라 SPRT를 시행하였다. 이를 위해 행동 평가를 할 수 있게 자체 고안한 행동기능평가 상자(behavior box)는 45× 35×35 ㎝의 투명한 5 ㎜ plexiglas로 만들어진 함의 전면 중앙에 바닥으로부터 2 ㎝ 높이에 1 ㎝ 넓이의 15 ㎝ 높이의 구멍을 만들고, 이 구멍의 밑 부분에 바깥으로 5×4 ㎝, 깊이 5 ㎜(구멍이 위치한 부위는 열려있는)의 먹이받이를 설치하여 사용하였다.
뇌경색 병변의 생성에 따른 뇌경색 volume을 측정하기 위하여, 행동평가가 끝난 실험동물을 chloral hydrate를 과용량 주입하여 신속히 마취시킨 후 심장관류법(transcardiac perfusion method)을 이용하여 고정하였다. 관류액(heparin 20,000 IU, 3 ml/0.
성능/효과
Data showed that 500mg/kg Coptidis Rhizoma (CR) treated group (n=10) had a better improvement of motor function than control operation group (n=10).
ELISA법에 의한 혈청내로 나오는 염증 사이토카인(proinflammatory cytokine)인 TNF-α, IL-6, IL-1β 수치는 infarction 유발 후 그 수치가 증가하였으며, 500 mg/kg의 황련을 전처치한 군에서 IL-1β는 12, 24, 48시간에서 대조군에 비하여 유의한 감소를 나타내었고(p < 0.05), IL-6의 경우 감소하되 12시간에서 가장 통계적으로 유의한 감소를 나타내었으며(p < 0.05), TNF-α 또한 IL-6와 마찬가지로 대조군에 비하여 황련 처치군이 12시간에서 가장 유의한 감소를 나타내었다(p < 0.05, Fig. 6).
ELISA에 의한 serum내 cytokine의 양은 infarction 유발 후 증가하였으며, 황련추출물(500 mg/kg)의 전처치는 IL-1β는 12, 24, 48시간에서(p < 0.05), IL-6와 TNF-α는 12시간에서(p< 0.05) 그 양을 현저히 감소시켰다.
RT-PCR을 통한 mRNA의 발현을 관찰한 결과 inflammatory cytokines은 infarction 유발 후 증가하였으며, 황련추출물(500 mg/kg)을 전처치한 그룹은 그 발현을 억제하였다. ELISA에 의한 serum내 cytokine의 양은 infarction 유발 후 증가하였으며, 황련추출물(500 mg/kg)의 전처치는 IL-1β는 12, 24, 48시간에서(p < 0.
본 실험은 황련추출물이 뇌경색 개선효과가 있는지 규명하기 위하여, sensorimotor cortex (SMC)에 뇌경색을 유발한 후 infarction volume을 관찰하였으며, SPRT를 통하여 운동기능회복을 관찰하여 보았다. 관찰 결과 황련추출물을 농도별(100, 250, 500 mg/kg)로 투여한 결과 500 mg/kg에서 유의한 infarction volume 의 감소효과가 관찰되었으며(p = 0.051), 시간별 황련의 infarction volume 감소변화를 관찰한 결과 그 효과는 3-7일의 급성기에 효과적이었다. Fig.
Photothrombotic infarction을 형성 후 날짜별로 1, 3, 7, 14일 경과하면서 500 mg/kg로 전처치한 황련에 의한 infarction volume의 감소효과를 관찰하였다. 관찰결과 infarction 형성 후 초기 1일째는 두 그룹 간 별다른 volume의 차이를 나타내지 못했는데, 3일째는 황련투약그룹에서 현저한 infarction volume의 감소를 나타내었으며(p = 0.012), 7일째까지 그 효과가 어느정도 지속되었다(p = 0.180), 그러나 병변 형성 후 약 2주가 지난 시점에서는 infarction volume은 두 그룹 간 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 2). Fig.
전자현미경(×100)을 통한 GFAP 염색후 photothrombotic infarction 유발 3일후 가장 염증이 극대화 되었을 때 희생하여 뇌의 조직을 절편하여 관찰하였다. 그 결과 백서의 motor cortex를 coronal section한 사진에서 병변 형성 3일째 생성된 infarction 주변으로 황련 500 mg/kg 전처치군에서는 많은 astrocyte를 GFAP 염색에 의하여 관찰할 수 있으나 생리식염수를 전처치한 대조군에서는 astrocyte의 양이 현저히 대조군에 비하여 적게 형성됨이 조직학적으로 관찰되었다 (Fig. 7, 8).
본 실험에서 면역조직화학법을 이용한 GFAP, connexin-43을 통하여 뇌조직의 신경손상 변화를 관찰한 결과 황련추출물(500 mg/kg)의 전처치는 대조군(normal saline)에 비하여 astrocytes가 더 많이 관찰되고 신경가소성이 촉진됨을 나타내었다.
상기의 결과는 photothrombotic ischemic infarction model에서 황련추출물이 뇌경색 유발 백서의 infarction volume에 대한 급성기 감소효과와 운동기능 회복효과를 나타내었으며, 이러한 효과는 anti-inflammation 및 astrocyte의 조기형성, connexin-43의 역할에 기인한 것으로 사료된다. 이러한 결과는 향후 황련추출물이 뇌경색 치료에 응용될 수 있는 기초연구와 임상적 활용가능성을 보여준 기초 자료로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
실험동물의 뇌에 infarction이 가장 심하게 이루어진 부분을 잘라내어 그 조직에서 inflammatory cytokine들인 IL-1β, IL-6, TNF-α의 mRNA 발현차이를 확인한 결과 황련의 전처치는 IL-1β와 TNF-α의 발현을 억제하였으며, IL-6의 경우도 어느 정도 억제하는 것으로 나타났다(Fig. 5).
황련의 농도에 따른 cerebral infarction의 volume 변화를 관찰하기 위하여 뇌경색 유발 1주 전 대조군과 황련 100, 250, 500 mg/kg의 황련 농도를 존데를 통하여 투여하여 뇌경색 유발 3일 후 그 volume(mm3)을 비교하였다. 황련의 농도가 증가함에 따라 infarction volume은 줄어드는 경향을 나타내었으며 특히, 황련 500 mg/kg의 경우 대조군(NS)과 유의성 있게 근접한 infarction volume의 차이를 나타내었다(p = 0.051, Fig. 1). 따라서 본 실험에서 황련 500 mg/kg를 기본 투약 용량으로 정하여 실험하였다.
본 연구는 황련 추출물의 광화학적 허혈성 뇌경색 모델을 이용한 뇌경색 개선효과(운동기능 개선 및 항염증 효과, 신경가소성 증진)를 연구한 것으로, 황련 추출물의 여러 농도 중 500 mg/kg에서 infarction volume을 가장 효과적으로 감소시켰으며 또한 황련 추출물 500 mg/kg의 전처치는 뇌경색 volume을 3-7일의 급성기에 효과적으로 감소시켰을 뿐만 아니라 빠른 운동성 회복을 유도하였다. 황련추출물의 전처치는 급성기 뇌경색의 inflammatory cytokine을 serum과 조직에서 감소시켰으며, immunohistochemistry 관찰 결과 대조군(normal saline)에 비하여 astrocytes가 더 많이 관찰되고 connexin-43의 조기형성에 의한 신경가소성이 촉진됨을 나타내었다. 이처럼 황련의 뇌경색 모델에서의 효과는 황련의 전처치가 뇌경색 유발 백서의 급성기 뇌경색에 anti-inflammation 효과와 neural plasticity의 형성촉진에 기인한 것으로 사료된다.
후속연구
또한 황련추출물(500 mg/kg)의 전처치는 운동기능의 회복을 대조군에 비하여 빠르게 회복시켰는데, 이러한 운동기능 회복의 기전으로는 새로운 가지돌기 형성(dendritic formation)을 포함한 신경연접 가소성(synaptic plasticity)의 강화20) 등이 기여할 것으로 추측된다. 지금까지 뇌졸중 후 기능적 회복을 설명할 정확한 신경 가소성 기전에 대한 연구는 부족한 상태이지만 시냅스 재생(synaptogenesis)21)이 중요한 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다.
상기의 결과는 photothrombotic ischemic infarction model에서 황련추출물이 뇌경색 유발 백서의 infarction volume에 대한 급성기 감소효과와 운동기능 회복효과를 나타내었으며, 이러한 효과는 anti-inflammation 및 astrocyte의 조기형성, connexin-43의 역할에 기인한 것으로 사료된다. 이러한 결과는 향후 황련추출물이 뇌경색 치료에 응용될 수 있는 기초연구와 임상적 활용가능성을 보여준 기초 자료로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
뇌신경 가소성을 증가시키기 위한 치료방법으로는 어떤 것들이 시도되고 있는가?
뇌신경 가소성을 증가시키기 위한 치료방법으로 재활운동치료, 말초성 기능적 전기자극치료, 경두개자기 자극치료, 약물치료 등의 여러 가지 치료가 시도되고 있으나3), 만족할 만한 치료효과에는 미치지 못하고 있다. 최근 뇌신경 가소성의 회복을 위하여 뇌경색 동물 모델에서 대뇌 피질에 직접적 전기자극과 재활훈련의 병합치료를 시행하여 운동기능의 회복에 긍정적인 효과를 보이며, 이는 새로운 수상돌기 형성(dendritic formation)과 같은 시냅스 가소성(synaptic plasticity)의 강화에 의한다는 보고가 있다4,5).
황련은 무엇이며, 어떻게 약용으로 사용하는가?
황련(Coptis japonoca MAKINO)은 미나리아제비과에 속한 다년생 초본으로 뿌리줄기를 건조하여 약용으로 사용한다6). 주성분으로는 berberine이 7-9%를 차지하고, 그 외 coptisine, worenine, palmatine, jatrorrhizine 등 여러 종류의 alkaloids가 함유되어 있으며, 이 외의 성분으로 feruric acid, chloregenic acid 등이 함유되어 있다6-8).
황련은 어떤 성분들을 함유하는가?
황련(Coptis japonoca MAKINO)은 미나리아제비과에 속한 다년생 초본으로 뿌리줄기를 건조하여 약용으로 사용한다6). 주성분으로는 berberine이 7-9%를 차지하고, 그 외 coptisine, worenine, palmatine, jatrorrhizine 등 여러 종류의 alkaloids가 함유되어 있으며, 이 외의 성분으로 feruric acid, chloregenic acid 등이 함유되어 있다6-8).
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