Simvastatin에 의한 Actin Integrity 변화에 따른 혈관 평활근 세포사멸 및 수축 기능 손상

Abstract

스타틴은 고콜레스테롤혈증 (hypercholesterolemia) 치료제로 널리 사용되는 약물로서, 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A (HMG-CoA) pathway를 차단함으로써 콜레스테롤 생합성을 억제한다. 이 과정에서 콜레스테롤뿐만 아니라 HMG-CoA로부터 생성되는 geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP), farnesyl pyrophosphate (FPP)와 같은 isoprene 역시 합성이 감소되는 것으로 알려져 있다. Isoprene은 RhoA, Rac-1과 같은 small GTPase protein을 활성화시키고, 활성화된 small GTPase protein은 cytoskeleton의 조절, 수축, 증식, 생존 등 세포 내 다양한 생리적 작용을 조절한다. 실제로 골격근에서 스타틴에 의한 isoprene 감소 및 small GTPase protein의 활성 저하에 의해 근육 수축력의 감소 및 세포의 apoptosis가 나타나는 현상이 약물의 부작용으로 보고되어 있는데, 명확한 기전은 현재까지 밝혀지지 않았다. 혈관 평활근은 골격근과 해부적, 기능적 유사성을 나타내는 근육 조직으로, 역시 스타틴에 의한 수축 기능의 저하와 apoptosis가 보고되어 있다. 최근 심바스타틴에 의해 혈관 평활근의 수축 억제 현상이 비가역적인 기능의 손상이며 apoptosis 및 vascular remodeling을 초래하는 독성 현상임이 발표되었다. 이 역시 small GTPase RhoA의 기능 저하에 기인하는 현상이라고 사료되나, RhoA의 활성 감소로부터 어떻게 수축 기능 저하와 apoptosis가 동시에 유발되는지에 대한 자세한 기전은 연구되지 않았다. 본 연구에서는 small GTPase protein의 대표적인 downstream이자, 근육에서 수축과 세포 생존 및 사멸을 관장하는 공통적인 인자로서의 actin cytoskeleton에 주목하였다. Actin cytoskeleton은 RhoA/ROCK pathway에 의해 합성되어 myosin과의 작용을 통해 수축을 일으키는데 핵심적인 구조이다. 또한 Bmf와 같은 pro-apoptosis 작용을 가지는 인자를 sequestering하고 있어 세포의 apoptosis 여부를 결정하는 것이 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 심바스타틴에 의해 혈관 평활근의 actin cytoskeleton의 손상에 따라 apoptosis가 유발되는 과정을 규명하고자 하였다. 초대 배양한 혈관 평활근 세포에서 심바스타틴에 의한 RhoA 및 Rac-1의 활성 저하와 actin cytoskeleton이 현저하게 감소하는 것이 확인되었다. Actin cytoskeleton의 감소에 따라 pro-apoptotic Bmf가 actin cytoskeleton으로부터 유리되어 mitochondria로 이동하는 것을 확인하였고, 이에 따라 mitochondria membrane potential이 감소하고, autophagy 및 apoptosis가 유발되었다. 이러한 일련의 변화는 isoprene 또는 actin stabilizing agent의 첨가로 회복됨을 제시하여, 심바스타틴에 의해 isoprenylation의 감소 및 actin cytoskeleton의 손상으로 인해 궁극적으로 혈관 평활근 세포의 독성이 일어남을 시사하였다. 또한, autophagy inhibitor 처리에 의해 apoptosis가 경감되는 것으로, 혈관 평활근 세포에서 심바스타틴에 의한 독성이 나타날 때 autophagy가 apoptosis를 촉진하는 역할을 하는 것으로 사료된다. 특히, 혈관 평활근 세포에서 확인한 일련의 현상은 시간 상으로 actin cytoskeleton의 손상과 수축 기능 손상이 먼저 관찰되고, autophagy와 apoptosis가 뒤따라 유발되는 것을 확인하여, 기능적인 손상이 궁극적으로 세포의 사멸을 초래할 수 있음을 제시하였다. 본 연구를 통하여 이때까지는 밝혀지지 않았던 스타틴에 의한 근육 독성의 기전을 actin 손상 및 Bmf 이동을 통한 apoptosis로 규명하였다. 특히 혈관 평활근에서 actin 및 Bmf의 변화에 따른 apoptosis는 본 연구에서 최초로 제시하였으며, 근육 세포 내의 actin integrity가 수축 기능 손상과 궁극적으로 세포의 apoptosis를 관장하는 중추적인 역할을 하고 있음을 새로이 제시하였다.