Isoflurane이 인간 배아 줄기 세포 유래 신경 전구 세포의 생존, 증식 및 분화에 미치는 영향

Abstract

연구 배경 : 현재 흡입 마취제가 신경 발달 단계에서 미치는 영향에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구들은 실제 검증해야 할 대상인 인간에서 시행되기에는 한계를 많이 가지고 있기 때문에, 쥐 등의 동물을 대상으로 주로 진행되고 있다. 본 연구는 흡입 마취제인 isoflurane이 신경 발달에 미치는 영향에 대해 보고자 인간 배아 줄기 세포 유래 신경 전구 세포를 대상으로 생존, 증식, 및 분화 정도의 변화와 그 기전에 대해서 연구하였다. 대상 및 방법 : 인간 배아 줄기 세포에서 신경 전구 세포로 분화시킨 후, ISO 군과 대조군으로 나누어, ISO 군의 경우 5 vol %의 isoflurane을 4시간 동안 투여하고 대조군은 isoflurane을 투여하지 않은 후 1일, 3일, 5일, 7일 후의 시간 경과를 두고 면역화학염색(immunostaining)을 시행하였고, fluorescence-activated cell sorter (FACS) 분석을 통해 분화 정도를 관찰하였다. 한편, WST-1과 BrdU assay를 이용하여 isoflurane을 처리한 1, 3, 5, 그리고 7일 후의 생존률과 증식률을 대조군과 비교하였다. 또한 신경독성의 기전에 대해 알아보기 위해 p75 neurotrophin receptor (p75NTR)의 길항제인 TAT-Pep5를 isoflurane 노출 전의 대조군과 ISO군에 처리하여 면역화학염색 차이를 확인하였다. 결과 : 면역화학염색 결과 신경 전구 세포에서 주로 표현되는 nestin 과 신경 분화 세포에서 표현되는 βIII-tubulin 으로 염색된 세포의 비율은 1일 째(p=0.004) 와 3일 째(p=0.029)에서 ISO 군에서 대조군보다 더 낮은 비율을 보였다. 그러나 5일 후와 7일 후의 분화된 세포를 관찰한 결과 ISO 군과 대조군은 통계적으로 유의한 차이는 없었다. FACS 에서는 βIII-tubulin 의 발현이 대조군과 비교하였을 때, 3일 째(69.8%)와 5일 째(83.3%)에서 감소하였다. 세포의 생존 정도를 측정하는 WST-1 assay 에서는 분화 1일 째에서는 차이가 없다가 분화 3일 째 ISO군이 대조군에 비해서 생존된 세포가 더 적은 결과를 보였다(p=0.001). 이후 5일, 7일 후의 결과에서는 통계적 유의한 차이를 보이지 않았다. 세포의 증식 정도를 측정하는 BrdU assay에서는 분화 3일 째(p = 0.033)와 5일 째(p = 0.001)에서 ISO 군이 대조군에 비해서 증식 정도가 떨어지는 결과를 보였다. 하지만 7일 째에는 두 군간 현저한 차이는 없었다. TAT-Pep5를 이용한 연구에서는 1일 째에서 TAT-Pep5을 처리한 ISO 군이 처리하지 않은 ISO군에 비해 분화 정도가 높아지는 것이 확인되었다(p = 0.014). 결론 : 연구 결과 isoflurane이 인간 줄기 세포에서 유래된 신경 전구 세포의 생장에서 비록 7일 이후에는 차이가 없지만 isoflurane에 노출되었던 초반 1~5일까지는 생존, 분화 및 증식을 유의하게 억제함을 확인하였다. 이것을 설명할 수 있는 기전으로는 p75NTR 길항과 관계가 있는 것으로 생각된다. 이러한 결과는 isoflurane이 태아나 신생아 등 발달 과정에 있는 신경계에 심각한 영향을 초래할 가능성이 있음을 시사하는 것으로 장기적인 영향과 시기에 따른 차이점 등을 확인하는 연구가 뒤따라야 할 것으로 생각된다.