대한신장학회지 : 제 18 권 제 2 호 1999 1)
서 론
활성 산소(free radical) 는 쌍을 이루지 않는 전자 를 가진 분자1, 2)로 우리 몸은 에너지 생성 과정, 정상 적인 신진 대사 과정 및 면역 체계를 통해 끊임없이 활성 산소를 생성한다1, 2). 그러므로 이들 없이는 에너 지를 생성하지도 감염원과 싸우지도 못할 뿐만 아니 라 신체에 필요한 화학 물질도 생성하지 못한다. 활성 산소는 반응성이 높아 생체 분자들의 구조와 기능을 변화시켜 신체에 손상을 끼치며 여러 가지 질병을 일 으키는 원인으로 작용한다1, 2). 이러한 과잉의 통제되 지 않는 활성 산소의 세포 손상 작용이 축적되어 동 맥 경화3), 심장 질환4), 암5) 및 노화5) 등을 유발하는 것으로 알려져 있다. 또한 활성산소는 신장 질환 및 신장 질환에서의 합병증에 관여하는 것6-8)으로 알려져 있다.
책임저자 : 문교철, 대구시 중구 동산동 194번지 계명대학교 의과대학 생화학교실
T el : 053)250- 7786, F a x : 053)252- 1605
우리의 신체는 이러한 활성 산소가 가진 과잉의 손 상 에너지를 유해하지 않은 물질로 전환시키거나 다 른 분자들로부터 활성산소가 형성되는 것을 억제한 다10). 신체 내에는 여러 종류의 항산화제가 존재하지 만 이중 가장 강력한 것은 항산화 효소계로서, su- perox ide dis mut as e, g lut athione perox idas e 및 ca- talas e가 있다10). 이들 효소중 s uper ox ide dis m utas e 는 산소가 전자를 받아 생성되는 superoxide radical 을 과산화수소로 전환시키는 효소이다10). 이 효소의 작용 후 생성되는 과산화 수소는 glutathione pero- x idas e나 cat alas e에 의해 인체에 무해하게 바뀌어10) 활성산소의 제거는 s uperoxide dism utas e의 작용과 더불어 시작된다고 할 수 있다. 그리고 항산화 효소중 중요한 작용을 하는 superoxide dismutase는 정상적 인 기능을 하기 위해서는 조효소인 구리와 아연 이온 이 절대적으로 필요하다10).
저자들은 말기신부전 환자에서, 적혈구는 산화적 손상을 받고 있으며11) superoxide dism utase의 활성 저하가 그 원인중의 하나임을 보고하였다11). 따라서
말기 신부전 환자에서 구리와 아연 이온 농도가 적혈구의 S u p e r o x id e D is m u t a s e 활성에 미치는 영향
계명대학교 의과대학 생화학교실 및 혜인내과의원*
문 교 철・권 진 경*
<요 약>
말기 신부전 환자의 적혈구에서 s uperox ide dis m utas e 활성의 감소 원인을 밝혀 활성산소를 적절히 통제할 수 있는 방법을 찾고자 하는 노력의 일환으로 적혈구와 혈장의 구리 이온과 아연 이온의 농도를 측정하고 적혈구의 s uperox ide dis m utas e 활성을 동시에 측정하여 이를 비교 검토하였다. 말기신부전 환자에서 투석전 s uperox ide dis m utas e의 활성은 정상인에 비해서 감 소되어 있었다(P < 0.05). 혈액 투석 후에는 s uperox ide dis m utas e 활성이 투석전에 비해 증가 되어 정상인과 비슷한 수치가 되었다(P < 0.05). 투석전 혈장의 구리와 아연의 농도 변화는 s u per ox ide d is m u t a s e의 활성과는 다른 양상을 보였다. 투석전 적혈구내의 구리와 아연 이온치 는 정상 대조군에 비해 모두 감소되어 있었고(P < 0.001), 혈액 투석 후 구리의 농도는 투석전에 비해 증가되었으나(P < 0.05) 아연은 투석전에 비해 별다른 변화가 없었다. 이상의 실험 결과로 보아 적혈구내의 s uperox ide dis m utas e는 조효소인 구리 이온의 적혈구내의 농도에 영향을 받 고 있으며 또한 조효소 이외에도 투석을 통해 제거되는 urem ic tox in이 있어 이 효소의 활성에 영향을 미치고 있는 것이 아닌가 생각된다.
— T he Korean Journal of N ephrology : V ol. 18, N o. 2, 1999 —
말기신부전 환자에서는 s uperoxide dis mutase의 활 성을 정상화시키는 노력이 있어야 할 것으로 생각된 다. 이를 위해서는 superoxide dism tase의 활성에 영 향을 미치는 각종 요인들을 생각해 볼 수 있는데 그 중의 하나가 superoxide dis mutase의 조효소로 작용 하는 구리(copper), 아연(zinc)과 같은 무기물(m in- eral)이다.
이 연구에서는 말기신부전 환자에서 적혈구의 su- perox ide dis m utas e의 활성 변동 원인을 분석하여 향 후 말기신부전 환자에서 활성산소를 적절히 통제함으 로써 각종 합병증과 사망을 줄일 수있는 방법을 찾고 자 하는 노력의 일환으로 적혈구와 혈장의 구리와 아 연 이온의 농도 및 적혈구의 superoxide dis mutase 활성을 동시에 측정하여 결과를 비교 검토하였다.
대상 및 방법
1 . 대 상
43±14세의 말기신부전 환자중 혈액 투석을 하는 14명의 환자를 대상으로, 남자가 9명, 여자가 5명이었 다. 대조군은 신기능 및 신체 검사 소견상 정상 소견 을 보인 13명으로 이들의 평균 나이는 43±12세였으 며 남자가 10명, 여자가 3명이었다. 환자군과 정상 대 조군 모두에서 활성 산소에 영향을 미치는 vitamin C 와 E를 최근 1개월 이내 사용한 경험이 있는 환자와, 최근 1개월 이내에 수혈을 받은 경험이 있는 환자는 실험군에서 제외하였다. 혈액투석은 polym ethyl me- t hacry lat e dialy zer(F ILT RYZER ; T oray , T okyo, J- apan)를 사용하였다.
2 . 방 법
혈액의 채취는 혈액 투석 전후에 동맥혈 line으로 부터 하였으며 3,000rpm 으로 10분간 원심하여 혈장을 얻고 적혈구는 phosphate buffered saline으로 3회 세척한 후 차가운 증류수를 사용하여 용혈시킨 후 사 용하였다. 구리와 아연 이온의 측정은 electrothermal at om ic abs orpt ion법을 사용하였으며 이때 사용한 기 계는 자동 시료 주입기가 부착된 Varian GT A- 97와 S pectr AA- 250 Plus 였다. 적혈구에서 s uperox ide dis mut as e의 활성을 측정하기 위해 분리한 적혈구 시 료에 Drabkin' s 시약을 첨가하여 hem oglobin을 cy- anm et hemog lobin으로 전환시킨 후 사용하였다. S u-
perox ide dis m utas e 활성은 alkaline dimethylsul- fox ide를 s uper ox ide anion- g enerating s ys tem 으로 사용하여 cytochrome c가 환원되는 양을 측정하는 Hy land 등의 방법12)을 사용하였으며 이 효소 1 unit 는 cytochrome c가 50% 환원되는 양으로 하였다.
3 . 통계 처리
모든 값은 평균±표준 편차로 나타내었고, 혈액 투 석 전후의 비교는 Student' s paired t- test를 하였고 정상인과 환자군의 비교는 Student' s nonpaired t- tes t를 사용하였다.
결 과
말기신부전 환자에서 투석전 s uperoxide dism u- tas e의 활성은 정상인에 비해서 감소되어 있었다(P <
0.05, F ig. 1). 혈액 투석 후에는 s uperox ide dis mu- tas e 활성이 투석전에 비해 약 61% 가 증가되어 정상 인과 비슷한 수치가 되었다(P < 0.05, Fig. 1).
말기신부전 환자에서 투석전 적혈구내의 구리 이온 치는 정상 대조군에 비해 감소되어 있었다(P < 0.001, F ig. 2). 혈액 투석 후에는 투석전에 비해 약 13% 가 증가되었다(P < 0.05, Fig. 2).
말기신부전 환자에서 투석전 혈장의 구리 이온치는
F ig . 1. S upe roxide dism utas e act ivity in R B C . S i- g nificant ly different from norm al( a : P <0.05) , and from predialys is ( d : P <0.05) .
— K yo Cheol M un and Jin- Kyung K w on : Effect of Cu and Zn Levels on S uperox ide Dis m utas e A ctivity in Er y thr ocy tes an d Plas m a from P atien ts w ith En d S tag e Ren al Dis eas e —
정상 대조군에 비해 증가되어 있었다(P < 0.05, Fig.
3). 혈액 투석 후에는 투석전에 비해 약 15% 가 더 증 가되었다(P< 0.05, F ig. 3).
말기신부전 환자에서 투석전 적혈구내의 아연 이온 치는 정상 대조군에 비해 감소되어 있었다(P < 0.001, F ig . 4). 혈액 투석 후에는 투석전에 비해 별다른 변
화가 없었다(Fig. 4).
말기신부전 환자에서 투석전 혈장의 아연 이온치는 정상 대조군에 비해 증가되어 있었다(P < 0.05, Fig.
5). 혈액 투석 후에는 투석전에 비해 별다른 변화가 없었다(Fig. 5).
F ig . 3. Coppe r lev e l in plasm a. S ig nificantly dif- fe rent from norm al( a : P <0.05, c : P <0.001) and from pred ialy sis( d : P < 0.05)
F ig . 5. Coppe r le ve l in plasm a. S ig nificant ly diffe- rent from norm al( a : P <0.05, c : P <0.01) and from pre dialy sis( d : P <0.05) .
F ig . 2. Coppe r lev e l in R B C. S ig nificant ly d iffe re nt from norm al( c : P <0.001), and from pre di- alys is (d : P <0.05)
F ig . 4. Z inc le ve l in R B C. S ig nificant ly diffe re nt from norm al( c : P <0.001) .
— 대한신장학회지 : 제 18 권 제 2 호 통권 제 56 호 1999 —
고 찰
저자들의 이전 연구11)에서 보면 말기 신부전 환자 의 적혈구는 superoxide dis mutase의 활성이 감소되 어 있으며 이로 인해 적혈구가 활성 산소에 의한 손 상을 많이 받고 있었다. 이번 연구에서는 이러한 su- perox ide dis m utas e 활성 저하의 원인을 밝혀 활성산 소를 통제할 수있는 적절한 방법을 찾고자 하는 노력 의 일환으로 적혈구와 혈장의 구리와 아연 이온의 농 도, 그리고 적혈구의 superoxide dism utase 활성을 동시에 측정하여 이를 결과를 상호 비교 검토하였다.
투석전 적혈구내 superoxide dism utas e의 활성은 정상인에 비해서 감소되어 있었다. 투석 후에는 su- perox ide dis mut as e 활성이 투석전에 비해 약 61%
가 증가되어 정상인과 비슷한 수치가 되었다. 이 성적 은 저자들의 이전 연구11)와 일치하였다.
말기신부전 환자에서 투석전 혈장의 구리 이온치는 정상 대조군에 비해 증가되어 있었고, 투석 후에는 투 석전에 비해 약 15% 가 더 증가되었다. 또한 투석전 환자 혈장의 아연 이온치도 정상 대조군에 비해 증가 되어 있었으며 투석 후에는 투석전에 비해 별다른 변 화가 없었다. 이렇게 이들 혈장의 구리 이온과 아연 이온은 s uperoxide dism utas e의 활성 변동과 무관한 변화를 보였다. Richard 등13)은 s uperoxide dism u- t as e의 활성변화가 혈장 구리 이온이나 아연 이온의 농도와 직접적으로 연관이 있다고 보고하였다. 그러나 본 실험의 결과로 볼 때 세포외액인 혈장의 구리 이 온과 아연 이온치는 적혈구내의 s uperoxide dism u- t as e의 활성에 직접적인 영향을 미치지는 못하는 것 으로 생각된다.
말기신부전 환자에서 투석전 적혈구내의 구리 이온 치는 정상 대조군에 비해 감소되어 있었고, 투석 후에 는 투석전에 비해 약 13% 가 증가되었다. 이렇게 말기 신부전 환자에서 투석전 혈장의 구리 이온이 증가되 어 있는데도 불구하고 적혈구내의 구리 이온치는 감 소되어 있었다. Sechi 등14)은 말기신부전 환자의 적혈 구 막은 각종 이온의 이동에 대한 이상이 있는 것으 로 보고하였다. 따라서 본 실험의 성적으로 볼 때 말 기신부전 환자의 적혈구 막은 구리 이온에 대한 투과 성이 감소되어 있다고 생각된다. 또한 본 실험에서 투 석 후 적혈구내의 구리 이온의 농도가 증가하였는데
그 비율은 혈장의 구리 이온 농도의 증가 비율과 거 의 같았다. 따라서 이는 혈액 투석으로 혈장의 구리 이온이 적혈구내로 유입되어 나타난 결과라 생각된다.
다만 혈장의 구리 이온농도가 투석 후에도 정상 대조 군에 비해 여전히 증가되어 있는데도 불구하고 적혈 구내의 구리 이온 농도가 완전히 정상으로 회복되지 않은 점을 볼 때 1회 투석으로 구리 이온에 대한 적 혈구막의 투과성이 완전히 회복되지는 않는 것으로 생각된다. 또한 적혈구내의 구리 이온의 변화 양상이 s uperox ide dis mut as e의 활성 변화 양상과 같은 것 을 볼 때 적혈구내의 superoxide dismutase의 활성 변화의 원인은 구리 이온의 농도 변화에 일부 기인된 것으로 생각된다. 그리고 s uperoxide dis mutase의 변 화는 투석전에 비해 투석 후 거의 정상화되었으나 구 리 이온의 농도는 완전히 정상화되지는 못하고 투석 후에도 여전히 정상치 보다는 의의있게 감소되어 있 는 점을 생각해 볼 때 말기신부전 환자의 적혈구의 s uperox ide dis mut as e의 활성은 구리 이온의 농도와 함께 혈액 투석으로 제거되는 uremic toxin에 의해 그 활성이 저해를 받고 있는 것이 아닌가 생각된다.
투석전 환자 적혈구내의 아연 이온치는 정상 대조 군에 비해 감소되어 있었고, 투석 후에는 투석전에 비 해 별다른 변화가 없었다. 이러한 아연 이온의 변화는 혈장의 아연 이온 변화와 유사하여 투석 전후에는 농 도의 변화가 거의 없었다. 따라서 이는 아연 이온에 대한 적혈구 막의 투과성은 투석 전후로 큰 변화가 없는 것에 기인된 것으로 생각된다. 또한 superoxide dis m utas e의 변화와 아연 이온의 변화 양상이 다른 것으로 봐서 아연 이온의 농도는 투석 환자의 적혈구 에서 superoxide dismutase의 활성에 구리 이온 만 큼 영향을 주지는 못하는 것으로 생각된다.
이상의 실험 결과로 보아 적혈구내의 s uperoxide dis m utas e는 조효소인 구리 이온의 농도에 약간 영향 을 받고 있으며 또한 구리 이온 이외에도 투석을 통 해 제거되는 uremic toxin이 있어 이 효소의 활성에 영향을 미치고 있는 것이 아닌가 생각된다.
— 문교철・권진경 : 말기신부전 환자에서 구리와 아연 이온 농도와 S OD 활성 —
= A b s t r a c t =
E f f e c t o f Cu an d Zn Le v e ls o n S upe ro x i de D i s m ut as e A c t i v i t y i n
E ry t hro c y t e s f ro m P a t ie n t s w it h e n d S t ag e Re n al D i s e as e
K y o- C h eol M u n a n d J in - K y u n g K w on *D e part m ent of B ioche m ist ry, K e im yung U nive rsity S chool of M e dicine, and H eain Clinic*,
T aeg u, K orea
S uppr es s ed s uperoxide dis m utas e activit y, w hich is r es pons ible for the dis mut ation of s uperox ide anion t o hydrog en per ox ide, is know n t o be one of t he factors leading to lipid per oxidation in t he er - y throcyt e m em br ane s tr uctures in t he pat ient s w ith end s t ag e r enal dis eas e. In this s t udy, copper and zinc levels w ere det er mined in the er yt hr ocyt es and plas ma from 14 hem odialys is patient s t o ex plain the decreas ed act ivit y of s uper ox ide dis m ut as e in eryt h- r ocyt es . Before dialys is , s uper ox ide dis mut as e, copper and zinc levels in ery throcyt es w ere low er than t hos e from healt hy cont rols . S uper ox ide dis mut as e activ it y w as norm alized perfect ly aft er hemodialys is . Copper level in t he er yt hr ocyt es w as norm alized aft er hemodialys is , but its lev el w as s till low er t han t hat in healthy cont rols . Zinc lev el in t he er yt hr o- cytes w as not changed aft er hemodialys is . Before hem odialy s is , copper and zinc levels in plas m a w er e hig her t han t hos e fr om healt hy contr ols . Copper level in the plas m a w as hig her aft er hem odialys is t han before hemodialys is . Zinc lev el in t he plas m a w as not changed aft er hem odialy s is . It is s ug g es ted that copper levels in eryt hrocytes fr om pat ient s w it h hem odialy s is affect s part ially t o the s uper ox ide dis m ut as e act ivity, and s uperoxide dis m ut as e act iv ity is influenced more by copper lev els than by zinc levels during hem odialys is .
K e y W o rds : Copper , Hem odialys is , S uper oxide dis m ut as e, Zinc
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