스트렙토조토신(streptozotocin, STZ)은 분자량 265이고 구조식은 C14H27N5O12 를 가지는 glucosamine-nitrosurea 항생제로서 [Lewis et al., 1959; Dorr & Fritz, 1980], 췌장의 베타세포에 대한 독성을 가지고 있어서 인슐린 의존성 당뇨병 동물 모 델을 만드는데 널리 사용된다 [Punithavathi et al., 2008; Fadillioglu et al., 2008]. STZ 은 췌장 베타세포에 비가역적인 손상을 주고 탈 과립(degranulation)을 일으켜서 인슐린 분비 능력을 상실시키며 [Gu et al., 1997], 흰쥐에 복강 또는 정맥으로 투 여하면 췌장 인슐린염(pancreatic insulitis)을 발생시키고 인슐린을 분비하는 베타 세포를 파괴하여 당뇨병을 유발한다. STZ의 투여 용량은 쥐(rats)에 STZ 45 mg/kg 을 복강으로 투여하면 고혈당을 유발하고, 65 mg/kg을 투여하면 고혈당과 위점막 궤양을 초래한다 [Piyachaturawat et al., 1990]. 당뇨병성 신병증 흰쥐(mice)를 만드 는 방법은 고용량(high-dose)과 저용량(low-dose) STZ을 투여하는 것으로 나뉜다 [Breyer et al., 2005]. 고용량 STZ 방법은 150-200 mg/kg을 한차례 투여하는 것이고 저용량 STZ 방법은 40-50 mg/kg을 복강으로 매일 5일 동안 투여하는 방법이다.
고용량 STZ를 투여한 군이 저용량 STZ를 투여한 군보다 단백뇨가 더 많이 발 생하고 고혈당의 정도는 서로 유사하여 본 연구에서도 고용량 STZ 방법을 이용 하여 당뇨병성 신병증 동물 모델을 만들었다 [Breyer et al., 2005].
당뇨병성 신병증은 당뇨병 환자에서 주요한 미세혈관 합병증(microvascular complication)이고 말기신부전 환자의 가장 중요한 원인 질환이다. 당뇨병성 신병
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증의 발생은 전통적으로 혈역학적 원인과 대사 장애로 발생하나 [Cooper et al., 2001], 신장 손상이 진행하는 것은 이차적으로 전신 또는 사구체내의 압력이 상 승하거나 고혈당 하에서 분자 변형으로도 완벽하게 설명하지 못하는 실정이다.
당뇨병성 신병증의 병태생리학적 원인은 매우 다양하며(multifactorial) 복합적인 병태기전들이 유전적인 인자와 환경적인 인자들을 자극하여 발생한다 [Wolf et al., 2004; Martini et al., 2008]. 당뇨병성 신병증의 원인은 세포와 분자 수준까지 연 구가 되고 있으며 염증(inflammation)이 병태생리학적 기전에 중요한 요소로 발 견되었고 염증 분자들과 전달물질(mediators)들이 당뇨병성 신장 질환의 초기에 중요한 요소들이며 당뇨병성 신장 손상의 발생과 진행에 중요한 역할을 한다.
당뇨병성 신병증의 조직 검사 소견은 사구체 경화증(glomerulosclerosis), 세뇨관 위축(tubular atrophy), 세포외 기질(extracellular matrix)의 축적과 사이질의 섬유화 (interstitial fibrosis)를 특징으로 한다. 특히, 세뇨관사이질 영역이 당뇨병에서 신 부전을 일으키는 것과 관련이 있다 [Ziyadeh et al., 1991]. 세뇨관의 위축과 확장 그리고 사이질에 과도한 콜라겐의 침착이 세뇨관사이질 손상의 특징적이 소견 이다. 단핵구의 침착이 이 과정에서 중요한 특징이며 OPN이 이러한 과정을 매 개한다 [Yu et al., 2000].
OPN은 1985년 처음 소개되었으며 뼈 기질의 인당단백질 성분이고 신장, 뇌, 췌장, 혈관에 존재한다 [Franzen et al., 1985; Butler et al., 1989; Brown et al., 1992].
OPN은 다양한 상피 세포(epithelial cells)와 암세포에 연관이 있으며 대식세포와 림프구와도 연관이 있다. OPN은 다양한 인테그린(integrins)과 상호작용을 통하여
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세포의 부착(adhesion)과 이동(migration)에 관여할 뿐만 아니라 단핵구와 혈관 민 무늬근육세포(vascular smooth muscle cell)의 강력한 화학인자(chemokine)이다 [Denhardt et al., 1993]. OPN은 악성종양, 동맥경화, 상처 치유, 감염, 면역, 심근 remodeling, multiple sclerosis와 같은 다양한 병태생리에 관여한다 [Singh et al., 1999; Liaw et al., 1998; Liaw et al., 1994; Crawford et al., 1998; Chabas et al., 2001;
Trueblood et al., 2001]. OPN은 발생학적으로 인간 신장에 존재하며 성인에서는 헨 레 고리의 thick ascending limb과 원위 세뇨관에 존재하며 [Hudkins et al., 1999] 신 장 질환의 동물 모델에서는 보호작용과 유해작용이 모두 있다. OPN은 급성 세 뇨관 손상을 회복시킨다고 알려져 있음에도 불구하고 염증성 사구체 신염 (imflammatory glomerulonephritis), 폐쇄성 요로장애 (obstructive uropathy), 세뇨관사 이질 질환을 일으킨다 [Noiri et al., 1999; Ophascharoensuk et al., 1999; Hwang et al., 1994; Diamond et al., 1995]. 또한 angiotensin II를 쥐에 피하로 주입하면 세뇨관사 이질 손상이 발생하고 대식세포가 침윤하였으며 손상된 부위에서 OPN이 상승 하는 것을 관찰하였다 [Giachelli et al., 1994]. 보고에 의하면 신장 조직의 OPN mRNA와 OPN 단백이 STZ으로 유발한 당뇨 쥐의 근위세뇨관에서 정상군에 비 하여 상승하였으며 대식세포의 침윤 영역도 증가하였고 [Fischer et al., 1998; Kelly et al., 2002], 신장 내의 OPN up-regulation이 만성 진행성 사구체경화증 질환 조직 에서 관찰되었다 [Narita et al., 1997]. 제2형 당뇨병 흰쥐 모델의 신장 피질에서 phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)가 활성화되고 OPN의 생성이 증가하였으며 [Feliers et al., 2001], 유전자 발현 연구에서 OPN이 높은 군에서 심한 단백뇨가 관 찰되고 사구체경화증이 심하였다 [Susztak et al., 2004]. 본 실험에서도 STZ을 흰
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쥐에 투여하였을 때 단백뇨가 증가하고, 신장 조직의 OPN 단백 발현이 증가하 는 것을 Western blot에서 확인할 수 있었다.
녹차는 세계에서 가장 많이 소비되는 기호식품들 중의 하나로 많은 성분을 포함하고 있으며 그 중에서 폴리페놀(polyphenols)이 주된 성분으로 많은 질환들 에 대한 위험도를 낮춘다[Jian et al., 2004; Wu et al., 2003; Setiawan et al., 2002]. 카테 킨(catechins)은 녹차의 주요 활성 물질로서 (-)-epicatechin(EC), (-)-epicatechin-3-gallate (ECG), (-)-epigallocatechin (EGC) 그리고 (-)-epigallocatechin-3-(-)-epicatechin-3-gallate(EGCG) 로 구분된다 [Graham et al., 1992]. 많은 in vitro 연구들에서 카테킨은 퇴행성 질환 에 대한 예방 효과가 있음이 밝혀졌으나 [Nie et al., 2002; Adcocks et al., 2002;
Nakagawa et al., 2002], 이들 연구들은 고농도의 카테킨을 사용하였고 동물에서 발견되는 일반적인 카테킨 농도를 반영하지는 못해서 이후 많은 in vivo 연구들 이 발표되었다. 헴스터에서 7,12-dimethylbenz[a]anthracenn (DMBA)로 유발한 구강 암에 대한 예방 효과가 보고되었고 [Li et al., 1999; Li et al., 2002], 흰쥐를 대상으 로 N-ethyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine (ENNG)로 유발한 십이지장암이나 쥐에서 azoxymethane (AOM)으로 유발한 대장암에서 암세포의 수를 줄였다 [Yamane et al., 1996]. 소화기암에 대한 녹차의 효과는 암세포의 증식을 억제하고 자멸사 (apoptosis)를 유도하는 것으로 밝혀졌고, 이는 녹차가 소화기관에 흡수되지 않고 고농도로 존재하면서 십이지장암과 대장암 세포들과 직접적으로 작용하는 것으 로 이해되고 있다 [Chen et al., 1997]. 흰쥐를 대상으로 4-methylnitrosamino -1-(3-pyridyl)-1-butanone (NNK)로 유발한 폐암에서 녹차가 암세포 수를 감소시켰으며,
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diethylnitrosamine (DENA)로 유발시킨 폐암에서도 암세포 수를 감소시켰다 [Xu et al., 1992; Sazuke et al., 1995; Cao et al., 1996]. 폐암에 대한 녹차의 작용은 항암제 (antitumorigenic agents)와 면역 증강제(immume modulators)로서 작용하는 것으로 생각된다. 쥐를 대상으로 DNEA로 유발한 간암에서는 녹차가 간암의 크기, 수와 용적을 감소시키는 것으로 나타났다 [Cao et al., 1996; Hirose et al., 1995; Zhang et al., 2002]. 그 외에도 유방암과 전립선 암에도 암세포의 성장과 진행을 억제한다는 보고들이 있다 [Tanaka et al., 1997; Gupta et al., 2001]. 심혈관계 질환에 대한 녹차 의 효과는 항산화 효과와 항산화 효소의 활성화와 연관이 있다. 고혈압 쥐에서 녹차가 혈압을 낮추었고 [Negishi et al., 2004], 총 콜레스테롤과 중성지방의 혈중 농도를 감소시켰다 [Raederstorff et al., 2003]. EGCG가 생체에 미치는 영향에 대한 작용 기전은 PMA (phorbol 12-myristate 13-acetate)에 의하여 유도한 세포의 microsome 내에 prostaglandins (PG)의 증가를 차단하고, orotidine 5-phosphate decarboxylase 생산을 억제하거나 free radical의 생성을 줄이며, protein kinase C와 cellular proliferation을 억제한다. 또한 EGCG는 phase II 효소들인 glutamyl S-transferase, glutathione peroxidase, catalase 등을 증가시키고 tumor promoter와 호르 몬 등이 수용체와 결합아는 것을 차단하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다 [Morrisey et al., 1996].
당뇨병은 일반적으로 미세혈관병증(microvascular dysfunction)을 동반한다.
thromboxane A2 (TXA2)와 prostacyclin I2 (PGI2)는 정상 신장 조직에서 생성되고 조절되며 항상성 (homeostasis) 유지에 중요한 요소들이다. PGI2:TXA2 비율이 변 형되면 신장 세뇨관에서 트롬빈형성(thrombogenesis)을 유도하고 신기능을 악화
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시키며 동맥경화가 심해진다. 이들 성분들의 생성은 phospholipase A2의 활성도 와 지방산의 구성에 달려있다. STZ는 TXA2의 합성을 증가시키고 PGI2의 생성 을 감소시키지만 녹차 카테킨은 TXA2의 생합성을 감소시키고 PGI2의 생성을 증가시켜 신기능을 회복하며, 이는 녹차 카테킨이 트롬빈의 형성을 억제하고 아 라키돈산 연속단계(arachidonic acid cascse system)를 조절하기 때문이다 [Rhee et al., 2002]. 또한 녹차 카테킨은 STZ를 투여한 당뇨 쥐에서 PGI2:TXA2 비율을 정상 화시키고 phospholipase A와 cyclooxygenase의 활동성을 감소시켜 항혈전 효과 (antithrombotic effects)을 가진다 [Yang et al., 1999]. 녹차 카테킨은 cisplatin 유발 신병증 쥐에서 사구체 여과율을 증가시키고 catalase의 활동성을 증가시켰으며 [Yokozawa et al., 1999], 또한 alloxan 유발 신병증 쥐에서 혈당을 감소시키고 지 질 과산화(lipid peroxidation)를 떨어뜨리며 SOD의 활성도를 증가시켜 신기능을 호전시켰다 [Sabu et al., 2002]. 이는 녹차 카테킨이 신장에서 활성산소를 감소시 키는 것을 보여준다. 본 연구는 EGCG가 STZ으로 유발한 제1형 당뇨병성 신병 증 흰쥐에서 혈당을 떨어뜨리고 단백뇨의 유의한 감소를 가져왔으며 신기능을 회복시켰고 신장조직에서 형태학적으로 호전된 결과를 얻었으며, 그 작용 기전 으로 OPN 단백의 발현이 신장 조직에서 감소된다는 것을 밝혀내었다.
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