Studies on the thrombin-induced microglia activation and neurodegeneration: Comparison between proteolytic and non-proteolytic action

Abstract

Thrombin은 지혈과 상처 치료에 중요한 역할을 하는 복합적인 기능을 가진 단백질이며 생체내에 존재하는 전구체인 prothrombin으로부터 형성된다. Thrombin은 뇌혈관장벽의 파손에 의해서 혈장으로부터 뇌 조직으로 유입될 수 있다. 지금까지 신경세포와 신경교세포의 여러 생리활성에 대한 thrombin의 역할에 관한 많은 연구가 보고되어져 있다. 최근 연구 결과에 의하면 척수의 운동 신경세포와 해마 신경세포를 포함한 많은 종류의 신경세포에서 thrombin이 신경독성물질로 작용한다고 알려져 있다. 또한 thrombin은 마이크로글리아의 활성화를 유도하여 염증반응에 관여하는 여러 싸이토카인의 발현을 촉진 시키기도 한다. 이러한 thrombin의 생체내 다양한 생리 활성은 G-protein-coupled receptor 의 일종인 protease activated receptor (PAR) 를 경유하는 것으로 보고되어져 있다. 본 연구의 목적은 thrombin에 의한 마이크로글리아의 활성화와 신경세포 사멸과정의 기전을 밝히고자 함이다. 면역화학염색법과 생화학적인 분석의 결과 마이크로글리아가 존재할 경우 thrombin에 의해 중뇌 신경세포와 피질 신경세포의 심각한 사멸이 유도되었으며 또한 OX-6 항체를 이용한 면역화학염색결과 피질의 마이크로글리아의 활성화도 매우 증가시키는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 이에 따른 싸이토카인 (TNF-α, IL-1β and IL-6) 들과 iNOS, COX-2 의 발현 또한 매우 증가함을 관찰할 수 있었다. 중뇌 세포배양에서 thrombin에 의해 활성화된 마이크로글리아로부터 얻어진 conditioned media 가 도파민성 신경세포의 사멸을 매우 촉진시키는 것을 관찰 하였다. 그러나, thrombin 수용체인 PAR-1-4의 agonist 펩타이드의 경우 thrombin과는 달리 마이크로글리아의 활성화를 유도하지 못하는 것을 관찰하였다. 또한, thrombin의 억제제인 히루딘 또한 쓰롬빈에 의한 마이크로글리아의 활성화를 억제시키지 못하였다. 이러한 결과들로 미루어 thrombin의 비효소활성이 마이크로글리아의 활성화 과정에서 중요한 역할을 한다는 사실을 알 수 있다. 그와 반대로 마이크로글리아와 독립적으로 일어나는 thrombin에 의한 직접적인 신경세포 사멸의 경우, 히루딘에 의해 세포 사멸이 억제되는 것을 중뇌 신경세포와 피질 신경세포 배양에서 관찰하였다. 중뇌 신경세포의 경우 PAR-4 의 agonist 에 의해 thrombin의 효과가 재현됨을 볼 수 있었다. 그러나, 피질 신경세포의 경우는 어떤 PAR antagoist 에 의해서도 신경세포의 사멸이 일어나지 않는 것을 관찰 하였다. 이러한 결과들을 종합할 때, thrombin은 중뇌와 피질의 신경세포에 직접, 또는 간접적으로 신경독성물질로 작용하며 마이크로글리아의 활성인자로도 작용한다. 본 연구는 또한 thrombin에 의한 마이크로글리아의 활성화는 비효소활성에 의하여 이루어지며 thrombin에 의한 직접적인 신경세포사멸은 thrombin의 효소활성에 의해 이루어진다는 사실을 시사한다.