Cardioprotective Effects of Lipocalin-2 Deficiency on Doxorubicin-induced Cardiomyopathy = 독소루비신 유도 심근병증에서 리포칼린 결핍에 2 따른 심장보호 효과 연구

국문 초록 (Abstract)

독소루비신(doxorubicin)은 안트라사이클린 계열의 항암제로서 심근병증(cardiomyopathy)을 유발할 수 있으며, 자가포식(autophagy) 등 다양한 신호 전달 경로에 관여한다. 자가포식은 심장 구조와 기능을 보호하고 산화적 스트레스와 같은 스트레스가 많은 조건에서 손상을 제한하고자 활성화된다. 자가포식이 개시되면 자가포식소포체(autophagosome)를 형성하며, 형성된 자가포식소포체는 리소좀(lysosome)과 융합하여 자가소화포(autophagolysosome)를 형성하고 손상된 세포소기관, 단백질 등을 분해한다. 일련의 전 과정이 일어났을 때, 자가포식 유동(autophagic flux)이 진행되었다고 하며 독소루비신을 투여한 경우 이를 저해하여 독소루비신에 의한 부작용이 유발될 수 있다. Lipocalin-2 (LCN2)는 산화적 스트레스 및 염증 조절자로서 작용하며 심장조직에서 증가된 LCN2는 자가포식, 산화적 스트레스, 염증, ER 스트레스, 세포자연사(apoptosis)에 관여한다. 또한, 심장 질환 환자의 혈액에서 LCN2가 증가한다고 알려져 있지만, 독소루비신 부작용에 의한 심장 질환과 LCN2의 관련성은 아직 보고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 독소루비신 유도 심근병증, 자가포식 그리고 LCN2의 상관성을 알아보기 위해 동물 실험을 진행하였다. 6개월된 암컷 야생형(wild type) 쥐와 LCN2 knockout (KO) 쥐에 일주일에 한 번씩 6주간 5 mg/kg의 용량으로 독소루비신을 복강 내 주사하였으며 10일 뒤 심장초음파검사를 실시하고 희생시켰다. 심기능을 확인하기 위해 심장초음파 검사를 실시하였고 독소루비신을 투여한 야생형 쥐에서 심기능의 저하가 관찰되었다. 조직학적 분석을 통해 독소루비신을 투여한 야생형 쥐의 심근세포 직경은 크게 감소되었지만 LCN2가 결핍된 쥐는 심근세포 직경이 회복됨을 확인하였다. 독소루비신을 투여했을 때 심장 조직의 LCN2가 증가되는지 확인하고자 웨스턴블랏을 실시하였고, LCN2 전사 인자인 signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3)의 인산화와 LCN2 단백질 발현이 증가함을 관찰하였다. 또한, 산화적 스트레스 인자인 heme oxygenase-1 (HO-1)와 NAD(P)H dehydrogenase-1 (NQO-1)의 발현이 독소루비신을 투여한 야생형 쥐에서 증가됨을 확인하였다. 반면에 LCN2가 결핍이 된 경우 HO-1 및 NQO-1 발현이 감소하는 결과를 통해, 독소루비신이 심장 조직의 LCN2 단백질의 발현을 증가시키며, 증가된 LCN2는 산화적 스트레스에 영향을 준다는 것을 확인하였다. 독소루비신을 투여한 야생형 쥐의 심장에서 자가포식 개시 인자인 Unc-51 like autophagy activating kinase 1 (ULK1)의 인산화와 자가포식소포체 구성 인자인 Light chain 3B (LC3B)가 증가하였으며 LCN2 결핍이 일어난 쥐에서는 독소루비신을 투여에 의한 두 인자의 발현이 유의미하게 감소하였다. 또한, 면역형광법을 통해 LC3B와 lysosomal-associated membrane protein 1 (LAMP1)의 국소화를 심장 조직에서 확인하였다. 식염수 투여 쥐의 심장과 비교했을 때, 독소루비신 투여 야생형 쥐의 심장에서 LC3B와 LAMP1의 국소화(colocalization)가 감소되며 LCN2 결핍 쥐에서는 LC3B와 LAMP1의 국소화가 증가함을 관찰했다. 다음으로, 면역형광법을 통해 독소루비신을 투여한 야생형 쥐의 LC3B가 발현된 심근 세포에서 LCN2와 국소화가 증가됨을 확인하였다. 이 결과를 통해 LCN2가 자가포식소포체-리소좀 융합에 영향을 주며 그 결과로 자가포식 유동을 억제하는 것을 규명하였다. 결론적으로, 본 연구에서는 독소루비신에 의해 증가된 심장의 LCN2가 자가포식소포체-리소좀 융합을 자가포식 유동을 방해하고 그로 인해 독소루비신 유도 심근병증에 관여하는 것을 규명하였다. 이러한 연구 결과들은 LCN2가 독소루비신 유도 심근병증의 생체지표로 활용될 수 있음을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• INTRODUCTION 1
• MATERIALS AND METHODS 3
• RESULTS 8
• DISCUSSION 21
• REFERENCES 24