리튬유발 신성요붕증에서 COX-2 억제제 치료 효과의 기전

Abstract

배경과 목적: 리튬유발 신성요붕증의 병인에서 신장 prostaglandin(PG)의 역할이 알려졌고, cyclooxygenase-2 (COX-2) 억제제를 투여하여 리튬에 의한 다뇨를 경감시킨 보고가 있다. 그러나 리튬유발 신성요붕증에서 COX-2 억제제의 항이뇨 기전에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 한편, 요 농축과정에서 중요한 두 부위는 헨레고리관과 집합관으로서, 헨레고리관 비후상행각의 염화나트륨 재흡수와 집합관의 수분 재흡수가 결정적인 역할을 한다. 본 연구는 신성요붕증의 치료제로서 COX-2 억제제가 비후상행각의 Na-K-2Cl cotransporter type 2 (NKCC2) 혹은 집합관의 aquaporin-2 (AQP2) 발현을 증가시킴으로써 항이뇨효과를 발휘할 것이라는 가설을 증명하고자 시행되었다. 방법: 웅성 흰쥐(Sprague-Dawley rat)에게 염화리튬(40 mmol/kg 식이)을 3주간 경구 투여하여 신성요붕증을 유도한 후, 실험쥐들을 무작위로 대조군과 COX-2 억제제 치료군으로 나누었다. 염화리튬을 계속 공급하면서 치료군에는 선택적 COX-2 억제제인 DFU(40mg/kg/d)를 경구 투여하였다. DFU 투여 1주 후, 실험쥐들을 희생시켜 신장을 적출한 후 반정량적 면역탁본법(immunobloting)과 면역조직화학염색(immunohistochemistry)을 시행하였다. 결과: 3주간 염화리튬 경구 투여 후 요량이 101 ± 14 mL/d로 크게 증가하여 신성요붕증이 성공적으로 유도되었음을 확인하였다. 1주간 DFU 투여한 치료군(68 ±10 mL/d)에서 요량이 대조군(134 ± 15 mL/d)에 비해 유의하게 감소하였고(P<0.05), 요 삼투질농도는 치료군(402 ± 51 mOsm/kg H2O)에서 대조군(247 ± 40 mOsm/kg H2O)에 비해 유의하게 증가하였다(P<0.05). 그러나 요 나트륨, 칼륨 및 염소의 배설에는 차이가 없었다. 전체신장현탁액에서 반정량적 면역탁본법으로 조사한 AQP2 단백 발현은 대조군(100 ± 22%)에 비해 DFU 치료군(219 ± 9%)에서 유의하게 증가하였다 (P<0.001). 또한, 전체신장현탁액에서 반정량적 면역탁본법으로 조사한 NKCC2 단백 발현 역시 대조군(100 ±14%)에 비해 DFU 치료군(186 ±30%)에서 유의하게 증가하였다 (P<0.05). 면역조직화학염색 결과에서도 이러한 AQP2 및 NKCC2의 발현 증가를 재확인하였다. 결론: 리튬으로 유발된 신성요붕증에서 COX-2 억제제 투여에 의한 다뇨의 호전은 신장에서 AQP2와 NKCC2 발현 증가를 통해 이루어진다. 따라서 신성요붕증 치료제로 사용되는 COX-2 억제제 혹은 비스테로이드소염제(nonsteroidal anti-inflammatory drug)의 항이뇨 기전은 신장의 AQP2 및 NKCC2 발현 증가에 의해 비롯된다고 할 수 있다.; Background: Renal prostaglandins have been suggested to play an important role in lithium-induced nephrogenic diabetes insipidus (NDI), and suppression of cyclooxygenase-2 (COX-2) may blunt lithium-induced polyuria. Because NaCl transport in the thick ascending limb (TAL) and water reabsportion in the collecting duct (CD) are the two major processes for urinary concentration, it is conceivable that treatment of NDI with the COX-2 inhibitor may relieve polyuria through upregulation of Na-K-2Cl cotransporter type 2 (NKCC2) in the TAL and aquaporin-2 (AQP2) in the CD. Methods: To test this hypothesis, semiquantitative immunoblotting and immunohistochemistry were carried out from the kidneys of lithium-induced NDI rats with versus without COX-2 inhibition. After feeding male Sprague-Dawley rats LiCl-containing rat diet for 3 weeks, rats were randomly divided into control and experimental groups. Lithium-containing food was offered continuously to both groups throughout the study period, but the COX-2 inhibitor, DFU (40 mg/kg/d), was simultaneously given for the last week to the experimental rats only. Results: Treatment with the COX-2 inhibitor relieved polyuria (68 ± 10 vs. 134 ± 15 mL/d, P<0.05) and raised urine osmolality (402 ± 51 vs. 247 ± 40 mOsm/kg H2O, P<0.05). However, urinary excretion of sodium, potassium and chloride were not affected by the treatment. Semiquantitative immunoblotting using whole-kidney homogenates revealed that COX-2 inhibition caused significant increases in the abundance of AQP2 (219 ± 9 vs. 100 ± 22%, P<0.01) and NKCC2 (186 ± 30 vs. 100 ± 14%, P<0.05). Immunohistochemistry for AQP2 and NKCC2 confirmed the effects of COX-2 inhibition in lithium-induced NDI rats. Conclusion: Treatment of lithium-Induced NDI with the COX-2 Inhibitor improves polyuria via upregulation of AQP2 and NKCC2 in the kidney. Upregulation of AQP2 and NKCC2 in response to the COX-2 inhibition may underlie the antidiuretic effect induced by the nonsteroidal anti-inflammatory drug used for the treatment of NDI.