당뇨병 백서에서 혈당조절 수준이 발기력에 미치는 영향과 이에 관여하는 병태생리학적 기전에 관한 연구

Abstract

목적: 당뇨병은 단일 질환으로 발기부전의 가장 흔한 원인이며, 당뇨병성 발기부전은 표준 치료법에 잘 반응하지 않는 난치성 질환으로 알려져 있다. 지금까지 당뇨병성 발기부전의 발생에 관여하는 다양한 병태생리학적 기전들이 제시된 바 있으나 혈당 조절의 정도에 따른 발기력의 변화에 대한 연구는 전무한 실정이다. 임상적으로 발기부전의 유병률과 심한 정도는 혈당의 조절상태와 당뇨병의 유병기간과 밀접한 관련성을 지닌다. 실험적으로는 인슐린이 혈당의 조절뿐만 아니라 발기현상에 있어 핵심적인 역할을 담당하는 nitric oxide의 활성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 그러므로 본 연구에서는 당뇨병 유발 백서에서 인슐린을 이용하여 혈당 조절 정도를 차등화 하였을 때 나타나는 발기력의 변화를 관찰하고 이에 따른 음경해면체의 구조적, 기능적 변화를 조사하여 당뇨병성 발기부전의 병태생리학적 기전 규명에 있어 가장 핵심적인 기초 지식을 제공해 줄 것이다. 대상 및 방법: 8주령 수컷 백서 55마리를 정상 대조군과 당뇨병군으로 무작위 배정 후 당뇨병군의 백서는 streptozotocin의 복강 내 주사로 당뇨병을 유발하였다. 연구자의 선행 연구를 통하여 발기력의 뚜렷한 저하가 관찰되는 시점인 당뇨병 유발 후 10주째에 정상대조군 (1군, 10마리), 엄격한 혈당 조절군 (2군, 15마리), 불량한 혈당 조절군 (3군, 15마리), 비치료 당뇨병군 (4군, 15마리)으로 다시 무작위 배정하였다. 이후 4주 동안 인슐린 투여를 통하여 혈당 조절 목표를 달성한 이후 혈당 조절 정도에 따른 발기력의 변화를 조사하였다. 발기력의 평가는 해면체신경 전기자극에 대한 해면체내압측정술로 이루어졌으며, 측정된 해면체내압은 평균동맥압으로 보정하였다. 해면체내압측정술을 통하여 주파수-의존적 내압 변화, 해면체내압 반응곡선의 AUC (area under the curve), 최대 반응 도달 시간 등 다양한 생리학적 지표를 도출하였다. 발기반응의 생리학적 지표들은 당화혈색소 (HbA1c)의 수치로 대변되는 혈당 조절의 정도와 비교하였다. 면역화학염색을 통하여 음경해면체의 세고고사지수 (TUNEL 염색)와 해면체 평활근 분포비율 (alpha-smooth muscle actin)을 조사하고, 해면체 평활근 이완에 관여하는 nitric oxide synthase (NOS) 경로와 평활근 수축에 관여하는 RhoA/Rho-kinase 경로에서 핵심적인 역학을 담당하는 물질들 (nNOS, eNOS, Akt, MYPT1, PTEN)의 단백 발현 변화를 조사하였다. 음경해면체 평활근의 구조적, 기능적 변화 양상은 발기반응의 생리학적 지표와 연관되어 비교되었으며, 최종적으로는 혈당 조절 정도에 따라 분석되었다. 결과: 당뇨를 유발한 백서에서 유발 후 10주까지 평균 혈당에는 별다른 차이가 없었다. 10주 이후 당뇨병이 유발된 백서를 2, 3, 4군으로 무작위 배정한 후 실험군별로 인슐린 치료를 시작한 2군과 3군에서 평균 혈당은 유의하게 낮게 유지되었다. 평균 당화혈색소 수치는 1, 2, 3, 4군 각각에서 4.1 ± 0.1%, 4.8 ± 0.5%, 7.4 ± 0.5%, 9.2 ± 1.0%로 두 군별로 각각 서로 유의한 차이를 보였다. 백서의 무게는 10주째까지 1군이 다른 군에 비해 유의하게 증가하는 소견을 보였으며 10주째 인슐린 치료를 시작한 이후 2군이 3군에 비해 유의한 체중 증가를 보였다. 4군에서 10주째 이후 체중이 감소하는 소견을 보였다. 평균 남성호르몬 수치는 1, 2, 3, 4군 각각에서 1.7 ± 0.3, 0.9 ± 0.2, 1.6 ± 0.6, 1.1 ± 0.2 (nmol/L)였으며 두 군별로 각각 비교하였을 때 2, 3, 4군은 서로 유의한 차이를 보이지 않았으며 (P=0.879) 이에 비해 1군은 유의하게 높은 수치를 보였다 (P=0.041). 해면체신경 자극시 주파수에 따라 발기력이 상승하는 소견을 보였으며 해면체신경 자극전 기저 해면체내압은 별다른 차이를 보이지 않았다 (P=0.774). 1군에서 해면체내압 및 해면체내압곡선의 AUC가 가장 높았다. 2군에서 해면체 내압은 1군과 유의한 차이를 보이지 않았으며 20Hz 자극에서만 해면체내압곡선의 AUC가 1군에 비해 유의하게 저하된 소견을 보였다. 3군에서는 해면체내압과 해면체내압곡선의 AUC 모두 유의하게 감소하였으며 4군은 3군에 비해 더 낮은 해면체내압과 해면체내압곡선의 AUC값이 모두 감소하였으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 세포고사지수는 혈당조절수준이 악화됨에 따라 증가하는 소견을 보였다. 1, 2, 3, 4군의 세포고사지수는 각각 8.3 ± 1.7%, 10.5 ± 2.0%, 15.7 ± 3.7%, 19.5 ± 4.0%였으며 1군과 2군은 유의한 차이를 보이지 않았다. 세포고사지수는 2군에 비해 3군에서 유의하게 증가하였고 3군에 비해 4군에서 유의한 증가를 보였다. 이와 반대로 해면체 평활근 분포비율은 1군과 2군에서 차이를 보이지 않았으며 2군에 비해 3군이 유의하게 감소하고, 3군에 비해 4군에서 유의한 감소를 보였다. 분자생물학적 결과를 살펴보면 nNOS 발현이 2, 3, 4군에서 별다른 차이를 보이지 않았으나 1군에 비해 모두 유의하게 감소한 소견을 보였다. RhoA/Rho kinase 경로의 활성화와 관련한 MYPT 전체 단백에 대한 인산화된 단백의 비율이 3, 4군에서 유의하게 증가하였으며 eNOS 경로와 관련된 eNOS와 Akt 단백이 1, 2군에 비해 3, 4군에서 유의하게 감소된 소견을 보였다. 결론: 본 연구를 통해 혈당 조절 정도에 따라 발기력이 차이를 보인다는 점을 분명히 하였으며, 발기력을 최대한 보존하기 위하여 엄격한 혈당 조절이 필요함을 확인하였다. 이는 nNOS 발현 및 남성호르몬 수치의 차이, 세포고사의 증가 및 해면체 평활근 분포비율의 감소, RhoA/Rho kinase 경로의 활성화와 eNOS 경로의 억제 기전이 관여하였다.

Objectives: Poor glycemic control is associated with erectile dysfunction (ED); however, differences in ED according to the level of glycemic control have been poorly investigated. The aim of the present study is to investigate the change in erectile function according to the level of glycemic control and to clarify the pathophysiologic mechanism of diabetes-associated ED. Materials and methods: Streptozotocin was injected into fifty-five male Sprague-Dawley rats classified into four groups: control (group 1), diabetes with multiple insulin injections (group 2), diabetes with a single injection (group 3) and untreated diabetes (group 4). Daily insulin injections in groups 2 and 3 for 4 wk after 10 wk of diabetic induction. ANOVA or Kruskal-Wallis test to evaluate glycosylated hemoglobin (HbA1c), testosterone levels, the ratios of intracavernosal pressure over mean arterial pressure (ICP/MAP), area under the ICP curve over MAP (AUC/MAP), changes in cavernous tissue and protein expression related to Rho kinase and nitric oxide pathways. Results: HbA1c levels were different between pairs of groups. Group 4 showed the lowest erectile parameters and group 2 showed near normal level. No differences in erectile parameters were found between groups 1 and 2 or groups 3 and 4, except AUC/MAP for group 1 was significantly higher than that of group 2 (20 Hz stimulation). Decrease in erectile function of group 2 was related to decreased expression of nNOS or decreased testosterone level compared to group 1. Groups 2 and 3 showed significant differences in erectile parameters, which were associated with difference in apoptotic index. Groups 3 and 4 showed no differences in erectile parameters, although these groups had significant differences in apoptotic index, smooth muscle component and protein expression ratios of phosphorylated/total MYPT1, eNOS and Akt. Conclusions: Improvement in glycemic control assists recovery from diabetes-associated ED; however, only tight glycemic control can provide recovery from ED to a near normal status.