뇌허혈 손상에 있어서 해마-세포외액내 Glutamate와 Polyamine 농도의 변동에 관한 연구

Changes of Glutamate and Polyamine Levels of Hippocampal Microdialysates in Response to Occlusion of Both Carotid Arteries in Mongolian Gerbils

뇌-허혈후 나타나는 신경세포의 손상에 glutamate의 과다한 유리와 그의 N-methyl-D-aspartate (NMDA) 수용체: calcium 통로 활성작용 및 polyamine중 putrescine의 증가로 인한 신경세포내 $[Ca^{2+}]$의 상승과 관련 있다는 보고들이 있다. 본 연구에서는 Mongolian gerbil에서 5분간 경동맥을 차단하여 뇌-허혈을 가한후 재관류시 해마의 세포외액내 polyamine, glutamate, acetylcholine농도, 해마의 $[^3H]MK-801$ 결합능의 변동 및 해마조직소견의 변동에 미치는 비가역성 ornithine decarboxylase (ODC) 억제제인 difluoromethylornithine (DFMO), diamine oxidase (DAO) 억제제인 aminoguanidine (AG), NMDA 수용체 길항제인 MK-801 및 calcium 통로 차단제인 nimodipine (NM)의 효과를 비교-검색하였다. 해마 세포외액내 polyamine, glutamate 및 acetylcholine은 microdialysis probe를 해마의 CA1부위에 위치시킨 후 나온 분취액을 HPLC와 luminometer를 사용하여 측정하였고, 해마조직에서 신경세포의 손상은 cresyl-violet 염색법으로 관찰하였다. 허혈후 해마 세포외액내 putrescine농도는 5분이내에 급속히 증가하여 뇌-허혈후 96시간까지 증가되는 경향을 보였으며 AG과 MK-801 처치시 saline 처치군에 비하여 증가정도가 상승되었으나 NM과 DFMO 처치로 putrescine의 증가는 감소되는 경향을 보였다. 해마 세포외액내 glutamate의 농도는 허혈후 5분 이내에 9배이상 유의하게 증가한 후 급격히 감소되어 25분후에는 정상치로 회복되었으나, 이같은 변동은 AG, DFMO 및 MK-801 처치로 영향을 받지 않았고 NM 처치로는 glutamate의 증가가 둔화되는 경향을 보였다. 해마 세포외액내 acetylcholine 농도는 허혈에 의하여 큰변동이 없었으나 허혈전 acetylcholine농도는 DFMO나 MK-801처치로 감소되는 경향을 보였다. 해마-synaptosome막의 $[^3H]MK-801$ 결합능은 saline 처치군에 비하여 AG과 MK-801 처치로 유의하게 감소되었다. 해마의 조직소견상 AG과 NM은 허혈후의 신경세포손상을 억제하고, MK-801은 손상의 예방에 별 영향을 주지 못하였으나 DFMO는 허혈에 의한 신경세포의 손상을 더욱 악화시키는 경향을 보였다. 이상의 결과로 미루어 NM과 다른기전으로 AG은 해마신경세포의 손상을 NMDA-수용체: calcium 통로의 활성화를 조절하여 허혈성 뇌손상을 억제할 수 있으리라 사료된다.

Reversible brain ischemia was produced by occluding both common carotid arteries for 5 min, and the effects of aminoguanidine (AG), $DL-{\alpha}-difluoromethylornithine$ (DFMO), MK-801, and nimodipine (NM) on the ischemia induced changes of the polyamine, glutamate and acetylcholine levels in the hippocampus CA1 subfield and the specific $[^3H]\;MK-801$ binding to the hippocampus synaptosomal membranes were studied with a histological reference of the cresyl violet stained hippocampus. The basal putrescine level $(PT:\;74.4{\pm}8.8\;nM)$ showed a rapid increase (up to 1.7 fold) for 5 min of ischemia, remained significantly increased for 6 h, and then resumed the further increase to amount gradually up to about 3 fold 96 h after recirculation. However, the level of spermidine was little changed, and the spermine level showed a transient increase during ischemia followed by a sustained decrease to about 40% of the preischemic level after recirculation. The increase of PT level induced by brain ischemia was enhanced with AG or MK-801, but it was reduced by DFMO or NM. The basal glutamate level $(GT:\;0.90{\pm}0.l4\;{\mu}M)$ rapidly increased to a peak level of $8.19{\pm}1.14\;{\mu}M$ within 5 min after onset of the ischemia and then decreased to the preischemic level in about 25 min after recirculation. And NM reduced the ischemia induced increase of GT level by about 25%, but AG, DFMO and MK-801 did not affect the GT increase. The basal acetylcholine level $(ACh:\;118.0{\pm}10.5\;{\mu}M)$ did little change during/after brain ischemia and was little affected by AG or NM. But DFMO and MK-801, respectively, produced the moderate decrease of ACh level. The specific $[^3H]\;MK-801$ binding to the hippocampus synaptosomal membrane was little affected by brain ischemia for 5 min. The control value (78.9 fmole/mg protein) was moderately decreased by AG and MK-801, respectively but was little changed by DFMO or NM. The microscopic findings of the brains extirpated on day 7 after ischemia showed severe neuronal damage of the hippocampus, particularly CA1 subfield. NM and AG moderately attenuated the delayed neuronal damage, and DFMO, on the contrary, aggravated the ischemia induced damage. However, MK-801 did not protect the hippocampus from ischemic damage. These results suggest that unlike to the mode of anti-ischemic action of NM, AG might protect the hippocampus from ischemic injury as being negatively regulatory on the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor function in the hippocampus.