감마선 조사로 유도된 간세포와 조혈계 손상 마우스에서 퀘르세틴 투여 후의 방사선방호 효과 Radioprotective Effect of Quercetin Post-Treatment against γ-Irradiation-Induced Hepatocellular and Hematopoiectic System Damage in Mice원문보기
본 연구는 BALB/c 마우스에서 감마선 조사 후 퀘르세틴을 7일 동안 경구 투여하여 감마선 조사로 인한 조혈계 및 간세포 손상에 대한 방사선 회복 효과를 검토하였다. 퀘르세틴을 투여한 군은 감마선 조사군에 비해 비장 및 흉선 지수, 백혈구 수치가 증가하여 조혈면역계 손상에 대해 보호 효과가 있음을 확인하였다. 또한 ALT와 AST의 활성도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 감소하여 간세포 손상에 대한 보호 효과를 확인하였다. 방사선 조사에 의해 체내에서 생성된 자유라디칼은 생체물질과 결합하여 지질과산화를 일으키고 산화적 스트레스를 유도하여 조직을 손상시킨다. 퀘르세틴을 투여한 군의 지질과산화는 감마선 조사군에 유의적으로 낮게 나타나 방사선에 의한 장애를 감소시켰으며, 항산화 효소도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하여 생체 내항산화 활성도 회복시켰다. 이상의 결과를 통해 방사선 조사후에 퀘르세틴의 투여는 방사선에 의한 조혈계 및 간세포 손상에 대해 회복 효과가 있어 방사선 보호제로 유용하게 사용될 수 있다.
본 연구는 BALB/c 마우스에서 감마선 조사 후 퀘르세틴을 7일 동안 경구 투여하여 감마선 조사로 인한 조혈계 및 간세포 손상에 대한 방사선 회복 효과를 검토하였다. 퀘르세틴을 투여한 군은 감마선 조사군에 비해 비장 및 흉선 지수, 백혈구 수치가 증가하여 조혈 면역계 손상에 대해 보호 효과가 있음을 확인하였다. 또한 ALT와 AST의 활성도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 감소하여 간세포 손상에 대한 보호 효과를 확인하였다. 방사선 조사에 의해 체내에서 생성된 자유라디칼은 생체물질과 결합하여 지질과산화를 일으키고 산화적 스트레스를 유도하여 조직을 손상시킨다. 퀘르세틴을 투여한 군의 지질과산화는 감마선 조사군에 유의적으로 낮게 나타나 방사선에 의한 장애를 감소시켰으며, 항산화 효소도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하여 생체 내 항산화 활성도 회복시켰다. 이상의 결과를 통해 방사선 조사후에 퀘르세틴의 투여는 방사선에 의한 조혈계 및 간세포 손상에 대해 회복 효과가 있어 방사선 보호제로 유용하게 사용될 수 있다.
This study was designed to evaluate the therapeutic effect of quercetin against radiation-induced hepatocellular and hematopoiectic damage in BALB/c mice. Mice were exposed to 6 Gy of ${\gamma}$-radiation and orally administered quercetin (25, 50 mg/kg b.w.) for 7 consecutive days. $...
This study was designed to evaluate the therapeutic effect of quercetin against radiation-induced hepatocellular and hematopoiectic damage in BALB/c mice. Mice were exposed to 6 Gy of ${\gamma}$-radiation and orally administered quercetin (25, 50 mg/kg b.w.) for 7 consecutive days. ${\gamma}$-Irradiation caused marked elevation of serum aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase, levels as well as reduction of spleen index, thymus index, and the number of white blood cells. In addition, ${\gamma}$-irradiation induced significant elevation of lipid peroxidation as well as reduction of antioxidant enzyme activities, including superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase. However, post-treatment with quercetin resulted in a significant recovery of all of these parameters. These results suggest that quercetin acts as a potent radioprotector against irradiation-induced cellular damage in mice.
This study was designed to evaluate the therapeutic effect of quercetin against radiation-induced hepatocellular and hematopoiectic damage in BALB/c mice. Mice were exposed to 6 Gy of ${\gamma}$-radiation and orally administered quercetin (25, 50 mg/kg b.w.) for 7 consecutive days. ${\gamma}$-Irradiation caused marked elevation of serum aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase, levels as well as reduction of spleen index, thymus index, and the number of white blood cells. In addition, ${\gamma}$-irradiation induced significant elevation of lipid peroxidation as well as reduction of antioxidant enzyme activities, including superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase. However, post-treatment with quercetin resulted in a significant recovery of all of these parameters. These results suggest that quercetin acts as a potent radioprotector against irradiation-induced cellular damage in mice.
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문제 정의
본 연구는 BALB/c 마우스에서 감마선 조사 후 퀘르세틴을 7일 동안 경구 투여하여 감마선 조사로 인한 조혈계 및 간세포 손상에 대한 방사선 회복 효과를 검토하였다.
현재 퀘르세틴과 관련된 방사선 조사로 유도된 간세포와 조혈계 손상에 대한 보호 효과 연구가 아직 이루어져 있지 않다. 본 연구에서는 BALB/c 마우스에서 감마선 조사로 유도된 간세포와 조혈계 손상 회복에 대한 퀘르세틴 투여 후의 효과를 평가하였다.
제안 방법
AST와 ALT 기질액 1.0 mL를 각각 시험관에 가하여 37°C에서 5분간 방치한 다음 혈장 0.2 mL를 넣고 잘 혼합한 후 37°C에서 반응시킨 뒤 DNPH 1 mL를 첨가하여잘 혼합하고 실온에서 20분간 방치하여 반응을 종료시켰다.
8% TBA 용액 150 µL를 넣고 100°C에서 1시간 동안 반응한 후, 상온에서 식혀 4°C에서 3,000×g로 10분 동안 원심분리 하였으며, 상층액 300 µL와 n-butanol 300 µL를 섞어 10,000×g로 5분 동안 원심분리 한 후 상층액 200 µL를 취하여 Multiskan FC microplate photometer(Thermo) 를 이용하여 540 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다. SOD(superoxide dismutase), catalase, GPx(glutathione peroxidase)는 측정용 kit 시약(Biovision, Milpitas, CA, USA)으로 측정하였다. 간 조직의 단백질 함량 측정은 Bradford(16)의 방법에 따라 BSA(bovine serum albumin)를 표준품으로 사용하여 측정하였다.
간 조직은 인산염 완충액(0.1 M, pH 7.4)을 가한 후 균질화기기인 Precellys 24-dual(Bertin, Villeurbanne, France) 을 이용하여 10% 균질화 용액으로 만들었으며, 4°C에서 10,000×g로 10분 동안 원심분리 시켜 상층액을 생화학적 분석에 사용하였다.
감마선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 감마선 조사로 유도된 손상에 대한 회복 효과를 보기 위하여 BALB/c 마우스를 7마리씩 4개 그룹으로 나누어 실험을 진행하였으며, CMC 를 제공한 정상대조군, 6 Gy의 감마선을 조사한 후 CMC를 제공한 감마선 조사군, 6 Gy의 감마선을 조사한 후 7일 동안 퀘르세틴 25, 50 mg/kg을 경구 투여한 군으로 나누었다. 감마선 조사 1시간 뒤 시료를 투여하였고, 1일 1회씩 7일 동안 존대(gastric tube)를 이용하여 식도 하단부까지 삽입하여 경구 투여하였으며 마지막 시료 투여 후 12시간 뒤에 분석시료를 채취하고 경추 탈골하여 희생하였다.
감마선 조사 7일 후의 혈구 성분을 측정하였다. 방사선 조사 후에는 골수의 손상이 나타나 말초혈액 및 말초림프기관의 면역세포수가 급격히 감소한다(18).
감마선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 감마선 조사로 유도된 손상에 대한 회복 효과를 보기 위하여 BALB/c 마우스를 7마리씩 4개 그룹으로 나누어 실험을 진행하였으며, CMC 를 제공한 정상대조군, 6 Gy의 감마선을 조사한 후 CMC를 제공한 감마선 조사군, 6 Gy의 감마선을 조사한 후 7일 동안 퀘르세틴 25, 50 mg/kg을 경구 투여한 군으로 나누었다. 감마선 조사 1시간 뒤 시료를 투여하였고, 1일 1회씩 7일 동안 존대(gastric tube)를 이용하여 식도 하단부까지 삽입하여 경구 투여하였으며 마지막 시료 투여 후 12시간 뒤에 분석시료를 채취하고 경추 탈골하여 희생하였다.
감마선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 감마선 조사로 유도된 손상에 대한 회복 효과를 보기 위해 감마선 조사 후 7일이 지난 다음 12시간 절식시킨 후 BALB/c 마우스를 흡입마취제(2% isoflurane)로 전신 마취시켰다. 그 후 개복하여 하대정맥에서 혈액을 채취하고, 간, 비장, 흉선을 적출하여 냉 식염수로 세척한 후 건조시켜 무게를 측정하였다.
Cs선의 흡수선량이 6 Gy가 되도록 마우스 몸 전체에 조사 하였다. 감마선 조사는 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 내 Gammacell 40 exactor(MDS Nordion, Ottawa, Canada) 를 사용하여 1.1 Gy/min의 선량율이 되게 조사하였다.
감마선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 감마선 조사로 유도된 손상에 대한 회복 효과를 보기 위해 감마선 조사 후 7일이 지난 다음 12시간 절식시킨 후 BALB/c 마우스를 흡입마취제(2% isoflurane)로 전신 마취시켰다. 그 후 개복하여 하대정맥에서 혈액을 채취하고, 간, 비장, 흉선을 적출하여 냉 식염수로 세척한 후 건조시켜 무게를 측정하였다. 비장 및 흉선 지수는 (비장 및 흉선 무게/체중)×100에 의해 계산되었다.
상층액 100 µL를 취하여 8.1% SDS lysis 용액 100 µL, 20% TCA 용액 150µL, 0.8% TBA 용액 150 µL를 넣고 100°C에서 1시간 동안 반응한 후, 상온에서 식혀 4°C에서 3,000×g로 10분 동안 원심분리 하였으며, 상층액 300 µL와 n-butanol 300 µL를 섞어 10,000×g로 5분 동안 원심분리 한 후 상층액 200 µL 를 취하여 Multiskan FC microplate photometer(Thermo) 를 이용하여 540 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
실험동물은 23±2°C의 온도, 55±5%의 습도, 12시간 단위의 명암주기로 유지되는 실험동물 사육장에서 1주일간 적응시켰으며, 고형사료와 물은 자유로이 공급하였다.
정상대조군을 제외한 BALB/c 마우스는 아크릴 상자에 넣고 137Cs선의 흡수선량이 6 Gy가 되도록 마우스 몸 전체에 조사 하였다.
채취한 혈액을 혈액응고 방지제인 ethylenediaminetetraacetic acid(EDTA)가 처리된 튜브에 채취하여 혈액 내 백혈구(white blood cell, WBC) 수를 혈액학적 분석기 (HEMAVET HV950, Drew Scientific, Inc., Dallas, TX, USA)를 이용하여 측정하였다.
채취한 혈액을 혈액응고 방지제인 헤파린(heparin)이 처리된 튜브에 채취하여 3,000×g로 20분 동안 원심분리 하고 혈장을 분리하여 4°C에서 저장하였다.
대상 데이터
6주령(18.3±1 g)의 BALB/c 마우스 암컷을 오리엔트바이오(주)(Seoul, Korea)에서 구입하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
방사선에 의해 유도된 손상에 대한 퀘르세틴의 동물실험 결과는 일차원 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 수행되었고, 내부 군 비교는 Tukey 다중비교분석(Tukey's multiple comparison test)을 이용하여 수행되었다.
수치는 각 군의 7마리에 대하여 평균±표준편차로 표현되었다.
실험에서 얻어진 결과는 Statistical Package for Social Sciences(SPSS 18.0, IBM, Chicago, IL, USA)를 이용하였다. 방사선에 의해 유도된 손상에 대한 퀘르세틴의 동물실험 결과는 일차원 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 수행되었고, 내부 군 비교는 Tukey 다중비교분석(Tukey's multiple comparison test)을 이용하여 수행되었다.
이론/모형
SOD(superoxide dismutase), catalase, GPx(glutathione peroxidase)는 측정용 kit 시약(Biovision, Milpitas, CA, USA)으로 측정하였다. 간 조직의 단백질 함량 측정은 Bradford(16)의 방법에 따라 BSA(bovine serum albumin)를 표준품으로 사용하여 측정하였다.
4)을 가한 후 균질화기기인 Precellys 24-dual(Bertin, Villeurbanne, France) 을 이용하여 10% 균질화 용액으로 만들었으며, 4°C에서 10,000×g로 10분 동안 원심분리시켜 상층액을 생화학적 분석에 사용하였다. 방사선 조사에 의한 생체조직의 지질과산화를 알아보기 위해 Ohkawa 등(15)의 방법에 준하여 MDA(malondialdehyde)를 측정하였다. 상층액 100 µL를 취하여 8.
채취한 혈액을 혈액응고 방지제인 헤파린(heparin)이 처리된 튜브에 채취하여 3,000×g로 20분 동안 원심분리 하고 혈장을 분리하여 4°C에서 저장하였다. 혈장 중 AST(aspartate aminotransferase)와 ALT(alanine aminotransferase)의 측정은 Bergmeyer 등(14)의 방법에 따라 측정하였다. AST와 ALT 기질액 1.
성능/효과
감마선 조사 7일 후 감마선 조사 군의 SOD, catalase, GPx는 정상대조군에 비해 유의적으로 감소하였다(P<0.05).
감마선 조사 후 퀘르세틴 25 mg/kg을 투여한 군에서는 ALT에서만 감마선 조사군에 비해 유의적으로 감소하였다(P<0.05).
감마선 조사 후 퀘르세틴 25, 50 mg/kg을 투여한 군에서 GPx가 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하였다(P<0.05, Fig. 5).
감마선 조사 후 퀘르세틴 25, 50 mg/kg을 투여한 군에서 감마선 조사군에 비해 MDA 가 유의적으로 감소하였다(P<0.05, Fig. 4).
감마선 조사 후 퀘르세틴 50 mg/kg을 투여한 군에서 SOD 활성과 catalase가 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하였다(P<0.05).
감마선 조사 후 퀘르세틴 50 mg/kg을 투여한 군에서는 감마선 조사군에 비해 ALT와 AST가 유의 적으로 감소하였다(P<0.05, Fig. 3).
감마선 조사군은 정상대조군에 비해 백혈구 수치가 유의적으로 감소하였다(P<0.05).
감마선을 조사한 후 퀘르세틴 50 mg/kg을 투여한 군은 감마선 조사군에 비해 유의적으로 비장 지수가 증가하였다(P<0.05).
3). 따라서 방사선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 방사선 조사에 의한 혈장 내 간 손상 지표 효소의 활성 상승을 유의적으로 억제하여 세포 손상을 억제하고 세포를 보호하는 것을 알 수 있다.
4). 따라서 퀘르세틴이 방사선 조사에 따른 간 조직 내 지질과산화 상승을 억제한 것을 확인할 수 있었다.
5). 따라서 퀘르세틴이 방사선 조사에 따른 간 조직 내 항산화 효소의 감소를 회복시킨 것을 확인할 수 있었다.
또한 ALT와 AST의 활성도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 감소하여 간세포 손상에 대한 보호 효과를 확인하였다.
05). 방사선 조사 후 퀘르세틴의 투여가 방사선 조사에 의한 조혈 면역계 기관 손상에 대해 회복시키는 것을 확인하였다(Table 1).
본 실험에서는 감마선 조사 7일 후 감마선 조사군의 MDA는 정상대조군과 비교하였을 때 유의적으로 증가하였다(P<0.05).
본 실험에서는 감마선 조사군의 혈장 중 AST와 ALT를 정상대조군과 비교 하였을 때 유의적으로 증가하여 간독성이 나타남을 보여주 었다(P<0.05).
본 실험에서는 퀘르세틴 50 mg/kg을 투여한 군의 백혈구 수치가 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하였다(P<0.05, Fig. 2).
퀘르세틴 25, 50 mg/kg을 투여한 군은 감마선 조사군에 비해 유의적으로 흉선 지수가 증가하였다(P<0.05).
퀘르세틴을 투여한 군은 감마선 조사군에 비해 비장 및 흉선 지수, 백혈구 수치가 증가하여 조혈 면역계 손상에 대해 보호 효과가 있음을 확인하였다.
퀘르세틴을 투여한 군의 지질과산화는 감마선 조사군에 유의적으로 낮게 나타나 방사선에 의한 장애를 감소시켰으며, 항산화 효소도 감마선 조사군에 비해 유의적으로 증가하여 생체 내항산화 활성도 회복시켰다.
후속연구
이상의 결과를 통해 방사선 조사 후에 퀘르세틴의 투여는 방사선에 의한 조혈계 및 간세포 손상에 대해 회복 효과가 있어 방사선 보호제로 유용하게 사용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사선 치료는 어떤 목적으로 이용되는가?
최근 일본 후쿠시마의 원자력 발전소 사고는 방사선 피폭의 위험성을 증폭시켜 방사선에 대한 인체장애나 인체방어에 대한 관심이 집중되고 있다(2-4). 방사선 치료는 암환자들의 암세포를 제거하거나 성장을 저해하는 목적으로 이용되나 정상적인 세포도 손상을 받게 된다(5). 방사선은 직접적인 조직손상과 체내 수분과 반응하여 과산화물 음이온(superoxid anion), 수산화 라디칼(hydoroxyl radical) 그리고 과산화수소 (hydrogen peroxide)와 같은 활성산소(reactive oxygen species, ROS)를 생성하는 간접손상을 유발한다.
인체에 독성이 없고 부작용이 적은 천연소재를 활용한 방사선 방호제의 개발이 필요한 이유는 무엇인가?
따라서 방사선에 의한 부작용 경감과 생체 손상을 보호하기 위해 방사선 보호제에 대한 연구가 진행되고 있다. 현재까지 많은 연구를 통해 WR2721(amifostine) 등의 thiol기를 갖고 있는 합성물질, 사이토카인(cytokines), 그리고 면역조절제(immunomodulator)가 방사선 보호제로 개발되어 있다. 그러나 이런 물질들은 방어효능과 함께 인체에 대한 독성과 부작용이 강하며 고가이기 때문에 실제 임상적용이어려운 실정이다. 그러므로 인체에 독성이 없고 부작용이 적은 천연소재를 활용한 방사선 방호제의 개발이 필요하다 (9).
방사선은 무엇을 유발하는가?
방사선 치료는 암환자들의 암세포를 제거하거나 성장을 저해하는 목적으로 이용되나 정상적인 세포도 손상을 받게 된다(5). 방사선은 직접적인 조직손상과 체내 수분과 반응하여 과산화물 음이온(superoxid anion), 수산화 라디칼(hydoroxyl radical) 그리고 과산화수소 (hydrogen peroxide)와 같은 활성산소(reactive oxygen species, ROS)를 생성하는 간접손상을 유발한다. 이러한 활성산소는 생체 내 단백질의 thiol기나 DNA와 반응하여 화학 결합의 절단이나 가교결합의 형성 등 생체 구성 분자의 구조적 변화를 야기할 뿐만 아니라 세포막을 구성하고 있는 지방 산과 반응하여 지질과산화를 일으키며, 궁극적으로 세포사멸 및 암을 유도한다(6-8).
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