흰쥐 하지의 허혈양상화가 심장에서 HSP70과 HSP90의 발현에 미치는 영향

Abstract

허혈 및 재관류는 조직의 부종이나 세포자멸사, 장기의 기능부전 등을 일으키며, 심각한 경우에는 개체를 사망에 이르게 한다. 그러나, 짧은 허혈과 재관류의 반복은 이러한 허혈 및 재관류 손상에 대한 내성을 증가시키며, 이러한 현상을 허혈양상화(ischemic preconditioning)라고 한다. 또한, 특정 장기의 허혈양상화는 다른 장기에서도 허혈손상에 대한 내성을 증가시키게 되며, 이런 현상은 원거리(remote) 허혈양상화라고 한다. 허혈양상화의 보호효과는 두 단계로 나타나는데, 초기단계는 2~3시간에 나타나고, 후기 단계는 12시간에 발생하여, 3~4일간 지속된다. 정상세포에서 발현되는 열충격단백질(heat shock protein, HSP)은 고열이나 허혈과 같은 손상 자극 시 발현이 증가하며, 세포자멸사를 억제하는데 중요한 역할을 한다. 이에 본 연구자는 흰쥐의 하지에서 허혈양상화를 실행한 경우, 재관류 경과시간에 따라 심장의 왼심실에서 발현되는 HSP70과 HSP90 그리고 세포자멸사를 알아보고자 본 실험을 실시하였다. 35주령의 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐의 왼온넙다리동맥에서 5분 허혈과 5분 재관류를 3회와 10회 반복 실행하였으며, 마지막 5분 허혈 후 재관류 경과 0시간과 3시간, 24시간, 72시간에 심장을 적출하고, 왼심실근육에서 HSP에 대한 면역조직화학염색과 Western blot, 세포자멸사 염색을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Western blot 분석 결과, HSP70의 발현은 허혈양상화 3회와 10회 후, 모든 재관류 경과군에서 정상대조군과 비슷하였다. HSP90의 발현은 허혈양상화 3회 후 재관류 경과 72시간군에서 정상대조군보다 의미있게 감소하였고, 허혈양상화 10회 후 모든 재관류 경과군에서 정상대조군과 비슷하였다. 2. 면역조직화학염색 결과, HSP70의 발현은 허혈양상화 3회 후 재관류 3시간과 72시간 경과군에서 정상대조군보다 감소하였고, 허혈양상화 10회 후 모든 재관류 경과군에서는 정상대조군과 비슷하였다. HSP90의 발현은 허혈양상화 3회 후 재관류 경과 3시간, 24시간, 72시간군에서 정상대조군보다 증가하였고, 허혈양상화 10회 후 재관류 경과 0시간에 정상대조군보다 증가하였으나, 재관류 경과 72시간군은 정상대조군과 비슷하였다. 3. 세포자멸사는 허혈양상화 3회 후 재관류 24시간군에서 정상대조군보다 많이 관찰되었고, 재관류 72시간군에서는 정상대조군보다 적게 관찰되었다. 그리고 허혈양상화 10회 후 세포자멸사는 재관류 0시간과 3시간, 72시간군에서 정상대조군보다 적게 관찰되었다. 이상의 실험결과를 종합해 볼 때, 흰쥐의 하지 허혈양상화는 왼심실에서 HSP70과 HSP90의 발현에는 큰 영향을 미치지 않았고, 일시적으로 세포자멸사를 촉진하는 것으로 생각되었다.; Ischemia and reperfusion cause the tissue edema, apoptosis and organ failure, death of organism. Ischemic preconditioning, exposure to a brief, short period of ischemia and reperfusion before an ischemic insult, enhances the resistance of the tissue against ischemic injury. Ischemic preconditioning can also exert protective effects on remote organs, so called remote ischemic preconditioning. The protection effects of ischemic preconditioning shows two phases, the early phase of preconditioning lasts 2 to 3 hours and the late phase begins 12 hours after the ischemic preconditioning and lasts for 3 to 4 days. The heat shock proteins are expressed in normal cells but their expression can be increased by a number of injury stresses including heat and ischemia, thus can inhibit the apoptosis. The purpose of this study was to investigate the expression of HSP70 and 90, and the apoptosis in the heart with time courses of reperfusion after cycles of hindlimb ischemic preconditioning in the rat. Thirty five week-old rats were subjected to 3 and 10 cycles of ischemic preconditioning by 5 min ischemia and 5 min reperfusion at the left common iliac artery. The heart was removed 0, 3, 24 and 72 hours of reperfusion after ischemic preconditioning and assayed by immunohistochemical staining for anti-HSP70 antibody, anti-HSP90 antibody and Western blotting and apoptosis analyses. The results obtains were as follows: 1. In western blot analysis, the expression of HSP70 was similar in all of reperfusion groups after 3, 10 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, compared with normal control group. The expression of HSP90 decreased at 72 hours of reperfusion groups after 3 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, and was similar in at all of reperfusion groups after 10 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, compared with normal control group. 2. In immunohistochemical staining, the expression of HSP70 decreased at 3, 72 hours of reperfusion groups after 3 cycles of hindlimb ischemic preconditioning and was similar in at all of reperfusion groups after 10 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, compared with normal control group, The expression of HSP90 increased at 3, 24, 72 hours of reperfusion groups after 3 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, and increased at 0 hour of reperfusion group after 10 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, and was similar in at 72 hours of reperfusion group, compared with normal control group. 3. The apoptosis of rat cardiac myocyte increased at 24 hour of reperfusion group after 3 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, and decreased at 72 hour of reperfusion group after 3 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, compared with normal control group. Apoptosis decreased at 0 hour and 3, 72 hours of reperfusion after 10 cycles of hindlimb ischemic preconditioning, compared with normal control group. In conclusion, these results suggest that rat hindlimb ischemic preconditioning had little effect on the expression of HSP70 and HSP90 in rat heart, but preconditioning may temporarily promote the apoptosis of cardiac myocyte.