안쪽앞뇌다발(medial forebrain bundle)은 줄무늬체로 상행하는 흑색질 도파민신경세포의 축삭을 통과시키는데, 저자들은 이를 절단하면 흑색질 도파민신경세포의 세포자멸사(apoptosis)가 유도된다는 것을 보고한 바 있다. 반면에 축삭이 절단된 손상부에서는 뇌조직의 기계적 손상으로 말미암아 세포괴사(necrosis)가 일어난다. 저자들은 쥐의 안쪽앞뇌다발을 절단한 다음 상이한 세포사의 양상을 보이는 중간뇌 흑색질과 축삭 손상부에서 활성화된 미세아교세포의 형태학적, 면역학적 표현형의 변화를 밝힘으로써 상이한 세포사에 반응하는 미세아교세포의 병리역학적 동태를 알아보고자 하였다. 미세아교세포에 대한 일차항체로는 OX42 (mouse anti-rat CD 11b; 범미세아교세포 표식자), ED1 (mouse anti-rat lysosomal enzyme; 포식작용 표식자) 및 OX6 (mouse anti-rat MHC II)를, 큰포식세포에 대한 일차항체로는 ED2 (mouse anti-rat macrophage)를 사용하였고, 도파민신경세포는 anti-tyrosine hydroxylase (TH) antibody로 표지하였다. 흑색질에서 안쪽앞뇌다발 절단 1일 후에 OX42에 강한 양성반응을 보이는 활성화된 미세아교세포가 상당히 다수 관찰되었으나 극소수의 미세아교세포만이 ED1에 양성반응을 나타내었고 OX6에 양성반응을 보이는 미세아교세포는 관찰되지 않았다. 이러한 현상은 미세아교세포 활성화의 첫 단계인 경보상태를 나타내는 것이라 생각되었다. ED1 양성반응세포는 절단 1일 후부터, OX6 양성반응세포는 3일 후부터 관찰되기 시작하여 미세아교세포의 포식작용이 MHC II의 발현에 앞서는 것으로 추측되었다. 절단 7~14일 후에는 OX42, ED1 및 OX6에 모두 강한 양성반응을 보이는 활성화된 미세아교세포가 크게 증가하였고, 이들은 흑색질 TH 면역반응성 신경세포의 가지돌기와 세포체의 여러 부위에 특이적으로 밀접하게 부착하였다. 흑색질의 포식성 미세아교세포는 세포체가 커지고 세포질돌기가 짧고 굵어지지만 분지형을 유지하였다. 손상부에서는 절단 1일 후에 강한 OX42 및 ED1 면역반응성을 나타내는 미세아교세포가 다수 출현하였다. 이것으로 보아 손상부에서 미세아교세포의 포식작용이 보다 신속하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 손상부의 OX42 면역반응성 미세아교세포는 ED2에 음성반응을 보였고 형태는 절단 후 1일부터 이미 아메바형을 나타내었다. 절단 3일 후에는 이 아메바형 미세아교세포의 크기가 매우 커졌으며 5~7일 후부터는 이들이 서로 융합하는 양상을 보였다. 절단 14일 후에는 세포괴사 지역 전체가 형태가 불분명하고 강한 OX42 및 ED1 면역반응성을 보이는 미세아교세포로 완전히 채워져 있었다. 그러나 손상부의 괴사지역 내에 집결한 아메바형 미세아교세포는 일부를 제외하면 대다수가 OX6에 음성반응을 나타내었다. 이러한 결과는 세포자멸사성 신경변성에 반응하는 활성화된 미세아교세포는 면역학적 표현형과 형태학적인 측면에서 보아 세포괴사성 기계적 손상에 반응하는 미세아교세포와 상이한 병리역학적 특징을 보인다는 것을 명확히 보여준다.
Medial forebrain bundle (MFB) transmits the nigrostriatal dopaminergic (DA) axons, and previously we reported that transection of the MFB causes apotosis-like neurodegeneration of nigral DA neurons. On the other hand, it is likely to occur necrosis at the lesioned site where MFB is cut, due to direct mechanical transection of the brain tissue. To clarify the pathological dynamics of microglia reacting to the two different types of neuronal cell death, immunophenotypic and morphological features of microglia were compared and analyzed in the substantia nigra (SN) and lesioned site of the MFB axotomized rat brain. OX42 (mouse anti-rat CD 11b; pan-microglia marker), ED1 (mouse anti-rat lysosomal enzyme; phagocytic marker), and OX6 (mouse anti-rat MHC II) were used as primary antibodies for immunohistochemical localization of microglia, ED2 (mouse anti-rat macrophage) for macrophages, and anti-tyrosine hydroxylase (TH) antibody for DA neurons. Quite numerous activated microglia with strong OX42 immunoreactivity were found in the SN at 1 day post-lesion (dpl), but most of them were ED1- and OX6-negative except only a few which were ED1-positive. This phenomenon was thought to be related with the stage of alert, the first step of microglial activation. It could be presumed that microglial phagocytosis may precede MHC II expression, because ED1-positive microglia appeared from 1 dpl while OX6-positive ones from 3 dpl. Number of activated microglia showing strong ED1, OX6 and OX42 immunoreactivity increased significantly by 7~14 dpl, and they specifically stick to various parts of dendrites and somas of TH-immunoreactive neurons of the SN. The phagocytic microglia of the SN maintained ramified form although they retained enlarged soma and shortened, thickened processes. The lesioned site was surrounded by numerous microglia showing strong OX42 and ED1 immunoreactivity as early as 1 dpl, indicating that microglial phagocytosis starts earlier in the lesioned site than in the SN. OX42-positive microglia of the lesioned site were ED2-negative, and showed amoeboid morphology already from 1 dpl. The amoeboid microglia became to be enlarged in their soma size by 3 dpl, and fused each other to form clumps within the necrotic zone by 5~7 dpl. The entire necrotic zone was completely filled with microglia of obscure outline with strong OX42 and ED1 immunoreactivity. However, the majority of amoeboid microglia of the lesioned site were OX6-negative except a few. These results clearly demonstrate that activated microglia reacting to apoptotic neurodegeneration show different pathodynamic characteristics in terms of immunological phenotypes and morphology from those reacting to necrotic, mechanical lesion.
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