(The) study of apomorphine-induced rotational behavior in partial lesioned rat parkinsonian models with 6-hydroxydopamine

의학과/박사[한글] 백서의 흑질 선조체 경로에 일측성 병변을 만들고 dopamine 수용체 작용물질인 apomorphine을 백서에 주사하면 도파민의 신경제거성 초과민증(denervation supersensitivity)에 의하여 병변 반대측 회전이 유발되며, 이것은 회전운동측정기(rotometer)를 이용하여 정 량적으로 측정이 가능한 것으로 알려져 왔다. 이러한 회전운동 유발 검사는 선조체의 도파민 결핍과 밀접한 관계가 있기 때문에 파킨슨씨병에 대한 도파민 신경조직의 뇌 이식 모형으로 뇌 조직 이식의 연구에 널리 이용되어 왔다. 6-Hydroxydopamine을 이용한 백서 파킨슨씨병 모형은 1970년 Ungerstedt와 Arbuthnott에 의하여 개발되어 현재까지 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 백서 파킨슨씨병 모형은 원숭이를 이용한 영장류 파킨슨씨병 모형보다 경제적이며 손쉽게 이용할 수 있다는 장점이 있지만, 영장류 파킨슨씨병 모형과는 달리 인간의 파킨슨씨병의 제반 증상을 발현시킬 수 없고 병변 또한 인간의 파킨슨씨병과는 차이가 많아 실험에 많은 제한이 있어 왔다. 백서 파킨슨씨병 모형의 또 다른 문제점은 백서의 회전운동 자체 및 기전에 대한 논란이다. 1983년 Robinson 및 Rocker는 정상 백서의 좌우측 흑질 선조체간에 도파민 양의 비대칭성이 있기때문에 우성의 선조체에 부분적인 도파민의 감소가 있을 경우 amphetamine 유발 회전운동 검사에서 파킨슨씨병 모형이 일반적으로 예측하던 병변 동측의 회전과는 다른 병변 반대측으로 회전을 보일 수 있다고 하였고, Shapiro 등(1987)은 백서에게 이러한 선조체 양측의 도파민 비대칭성을 가진 2가지 군이 존재한다고 주장하였다. 따라서 본 연구에서는 첫째, 중뇌의 흑질과 복측 피개부의 도파민성 신경세포의 손상 정도와 apomorphine 유발 회전운동 검사간의 관계를 확인하여 신경세포의 손상 정도와 파킨슨씨병 모형의 완성도간의 상관관계를 확인하고자 하였고 둘째, 비정상적인 운동 반응을 보인 백서의 흑질과 복측 피개부의 tyrosine hydroxylase 면역조직화학적 염색 소견을 정상군과 비교 관찰함으로써 백서 파킨슨씨병 모형의 의의 및 문제점을 관찰하고자 하였다. 저자는 백서의 흑질에 6-hydroxydopamine을 뇌정위적으로 주사하여 부분적 손상 백서 파킨슨씨병 모형을 만들고, 이모형에서 12주간 4주간격으로 3회의 apomorphine 유발 회전운동 검사를 실시한 후, 병변 부위의 흑질과 복측 피개부에 대한 tyrosine hydroxylase 면역조직화학적 염색 검사를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다 1. 총 50마리의 실험 백서들중 apomorphine 유발 회전운동 검사에서 병변 반대측으로 축회전을 보인 경우(제 1형)가 20마리로 40%의 가장 높은 빈도를 보였고, 병변 반대측으로 광회전을 보인 경우(제 2형)가 18마리로 36%의 높은 빈도를 보였다. 비정상적으로 병변의 동측 회전을 보인 경우(제 3형)가 3마리로 6%의 빈도를 보였으며, 좌우 양측으로의 회전 선호도가 없거나 무반응인 경우(제 4형)가 9마리로 18%를 차지하였다. 2. 병변 반대측으로 회전을 보인 38마리의 백서중 제 1형의 3회 평균 회전수는 179.7±23.3회, 제 2형의 평균 회전수는 111.3±13.2회였다. 30분간 최소 90회 이상의 회전을 보인 백서는 제 1형이 20마리중 17마리로 85%, 제 2형이 18마리중 12마리로 66.7%의 백서 파킨슨씨병 모형 성공율을 보여 총 50마리중 29마리로 58%의 백서 파킨슨씨병 모형 완성율을 보였다. 3. 제 1형에 포함된 모든 백서는 tyrosine hydroxylase 면역조직화학럭 염색 검사상 병변부위 흑질에서 95%이상의 양성 염색 신경세포의 소실을 보였다. 그러나 이중 3마리는 apomorphine 유발 회전운동 검사상 파킨슨씨병 모형의 범주에 포함되지 못했다. 4. 제 2형중 apomorphine 유발 회전운동 검사상 파킨슨씨병 모형의 범주에 포함된 12마리는 모두 병변 부위 흑질에서 80%이상의 tyrosine hydroxylase 양성 염색 신경세포의 소실을 보였다. 5. 비정상적인 병변 동측의 회전운동을 보인 제 3형과 파킨슨씨병의 모형에 포함되지 못한 제2형의 나머지 백서에서도 일부 tyrosine hydroxylase 양성 염색 신경세포의 소실이 관찰되었다. 6. 실험 백서에서 apomorphine 유발 회전운동 검사에서의 회전수와 병변 부위 흑질의 tyro-sine hydroxylase 양성 염색 신경세포의 소실율간에는 유의한 상관관계가 있었다(r=0.6635, p< 0.01). 이상의 결과를 통하여 저자는 6-hydroxydopamine을 이용한 흑질의 선택적인 파괴와 복측피개부가 보존된 부분적 손상 백서 파킨슨씨병 모형을 apomorphine 유발 회전운동 검사를 통하여 평가할 경우 단순한 회절수뿐만 아니라 회전의 양상도 모형의 완성 유무에 고려해야 할 중요한 인자임을 알 수 있었다. 그러나 apomorphine 유발 회전운동 검사상 병변 동측으로 회전하는 백서가 관찰되었는데, 향후 이와같은 비정상적인 회전 양상의 기전에 대찬 연구가 뒤따라야될 것으로 사료된다. [영문] An apomorphine-induced rotational test has been used in the evaluation of rat parkinsonian models lesioned with neurotoxin 6-hydroxydopamine(6-OHDA). Previous parkinsonian rat models have generally been characterized by unilateral destruction of both nigrostriatal pathway and mesolimbic pathway using 6-OHDA. The author created partial lesioned rat parkinsonian models using 6-OHDA (6㎍) in which there is destruction of the dopaminergic nigrostiatal pathway and sparing of the mesolimbic pathway. Rats with unilateral lesions of the substantia nigra pars compacta(SNpc) were tested for rotational asymmetry using the cylindrical rotometer device with flat bottom(diameter, 30.5 cm) after administration of apomorphine. After completion of rotation test, the animals were sacrificed and the brains were immunolabeled for tyrosine hydroxylase(TH). Analysis of anatomical and behavioral data revealed the following results. 1. According to the pattern of the rotational behavior induced by apomorphine(0.5mg/kB i.p.), the rats were assigned to one of 4 groups(group 1: contraversive pivotal rotation; group 2:contraversive wide rotation; group 3: ipsiversive wide rotation or Pivotal rotation; group 4: nonpreferred or no rotation ). Of 50 animals selectively lesioned, group 1 consisted of 20 animals and group 2 consisted of 18animals. Group 3 and group 4 consisted of 3 and 9 animals respectively. 2. 17 of 20 rats in group 1 met rotational criteria for rat parkinsonian model and all rats of group 1 showed severe losses(more than 95%) of TH-immunoreactive neurons in the lesioned SNpc. 3. 12 of 18 rats in group 2 met rotational criteria for rat parkinsonian model and all of them showed severe losses(more than 80% ) of TH-immunoreactive neurons in the lesioned SNpc. 4. The remaining rats in group 2 and three rats in group 3 showed moderate losses(57∼80%) of TH-immunoreactive neurons in the lesioned SNpc even though their rotational responses were different. These results suggest that the pattern of rotation(pivotal rotation) is a more reliable index of loss of TH-immnuorreactive neurons in lesioned SNpc than the total number of rotational response to apomorphine. The exact cause of the abnormal ipsiversive rotation observed in group3 is unclear. Further research should be pursued to explain this finding.restrictio