허혈성 저산소증을 유도한 분화된 SH-SY5Y 신경세포와 뇌경색 흰쥐 모델에서의 Erythropoietin의 효과

Effects of Erythropoietin in Hypoxia-Induced Ischemia on Differentiated Human Neuroblastoma SH-SY5Y and Rat Stroke Model

본 실험은 신경 가소성을 향상시킬 수 있는 약물 중의 하나인 EPO의 효과를 신경세포로 분화된 SH-SY5Y 세포에 저산소증을 유도한 후, 신경연접 생성(synaptogenesis)과 신경 가소성(neural plasticity)을 관찰하고, 동물모델에서 뇌기능의 향상을 확인하고자 하며, 이를 통해 뇌경색 후 나타날 수 있는 정서적 증상을 줄일 수 있는 가능성을 탐색하고자 한다. 신경세포로 분화시킨 SH-SY5Y 세포에 저산소증을 유발하고, EPO(2U, 10U)를 1주일간 처치한 후, neurite outgrowth를 현미경하에서 측정하고, synaptophysin과 GAP-43 유전자 발현을 RT-PCR로 확인하였다. 또한, 16~18주령의 수컷 흰쥐(SD rat, 체중 275~325 g)에 MCAO를 시행하여 국소적 허혈 모델을 만든 후, 6일간 EPO를 매일 일정한 시간에 피하 주사하고, 수술 전날, 수술 후 2일(POD2), 1주(POD1wk), 2주(POD2wk), 4주(POD4wk)에 행동실험을 시행하였다. 저산소증을 유도한 후 EPO(2U, 10U)를 투여한 군의 neurite outgrowth가 대조군에 비해 유의하게 증가하였고(p < 0.05), SYP, GAP-43 유전자 발현도 통계적으로 유의하게 증가하였다. 또한 국소적 뇌허혈 동물모델에서 EPO 투여군의 운동기능 향상이 대조군에 비해 증가하였다 (p < 0.05).

Objective The hematopoietic cytokine, erythropoietin (EPO) is known to have neuroprotective effects including promotion of neuronal survival and regeneration after ischemic injury. This study was to investigate the effects of EPO on synaptogenesis and neural restoration in the ischemic condition on neuronal differentiated SH-SY5Y cells and on the behaviors in rat animal model induced by middle cerebral artery occlusion. Methods We analyzed the neurite outgrowth and the gene expression of differentiated human neuroblastoma SH-SY5Y cells after the hypoxic stress. Moreover, we performed the motor functional behavior test in EPO treatment of Sprague Dawley rats following cerebral ischemia induced by middle cerebral artery’ occlusion (MCAO). ResultsTreatment of 2 and 10 units EPO for 1 week showed increase of neurite outgrowth SH-SY5Y cells, compared with non-treatment group (p < 0.05). The results of reverse transcriptase-polymerose chain reaction (RT-PCR) also showed that both synaptophysin (SYP) genes and Growth Associated protein 43 (GAP43) genes in EPO treated cells w ere significant increased compared with non-treated ischemic group, respectively. The foot fault behavior was recovered in MCAO with EPO treatment group than MCAO group, significantly. Conclusion The elongation of neurite and the increased expressions of SYP and GAP43, and recovered behavioral evidence in the EPO treatment are involved in possible role in neural restoration and synaptogenesis in hypoxic injuried brain. In this study, we suggest that EPO treatment will be may supportive medication to stroke patients to improve the functional brain disturbance.